Scala实战：并发-Future和Promise

2015-11-28

2022-02-16

并发编程是很困难的，特别是在你没有很好的设计与抽像你的功能层次时。传统的并发解决方案是采用多线程和共享变量，这使得随着代码的增加你很难找到错误根源。

Scala中采用了更好的方案，它不是只基于更低层次的线程的。Scala为用户提供了更高级的抽象：Futures和Promises（Akka还提供了基于actor模式的编程范式，是一种更高层次的并发编程抽象。本文主要讲解Futures和Promises，这里提供一些进一步学习的参考）。

Future

Future是持有某个值的对象，它完成一些计算并允许在“将来”的某一个时刻获取结果。它也可以是其它计算结果的结果（简单点说就是多个Future可以嵌套）。创建一个Future最简单的方式就调用它的apply方法，它将直接开始一个异步计算，并返回一个Future对象，它将包含计算结果。

import scala.concurrent.ExecutionContext.Implicits.global
import scala.concurrent.Future
import scala.util.{Success, Failure}

def computation(): Int = { 25 + 50 }
val theFuture = Future { computation() }

第一行导入了ExecutionContext.Implicits.global作为当前环境的一个默认执行上下文。现在先暂时不管它的具体含意，只要知道它会提供一个线程池，所有任务最终都会被提交给它来异步执行就可以了。在这个示例中先定义computation函数，并在Future { ... }代码块中调用。程序会使用上下文中的找到的线程池（由ExecutionContext.Implicits.global导入）并马上开始异步执行。

访问Future的结果

前面说了，Future返回值有两种类型：Success和Failure。而Future在执行后提供了3个回调函数来让你访问结果，它们分别是：

def onSuccess[U](pf: PartialFunction[T, U]): 传入一个偏函数，可以使用模式匹配来处理你想要的结果
def onFailure[U](pf: PartialFunction[Throwable, U]): 传入一个偏函数，可以使用模式匹配来处理你想要的异常
def onComplete[U](f: Try[T] => U): 传一个接受Try[T]（http://www.yangbajing.me/2013/02/16/Option-Either-Try/）类型的函数。

上面3个回调函数都要求返回一个类型为U的返回值，这也得益于Scala的类型自动推导功能，你可以减少很多的样版代码。

当Future完成后，我们注册的回调函数将收到值。一个常用的注册回调函数是onComplete，它期待传入一个偏函数，并处理Success[T]和Failure[E]两种情况。（编函数将另文介绍）

theFuture.onComplate {
  case Success(result) => println(result)
  case Fialure(t) => println(s"Error: %{t.getMessage}")
}

可以看到，在Scala中写多线程代码是非常轻松惬意的。但是，你以为使用Future只是简化了new Thead或new Runnable的代码量而以，那就大错特错了。Scala的Future不只这些功能……

合并多个Future的结果

实际工作中，我们经常遇到需要向多个来源同时异步请求数据的时候。这时我们就需要等所以来源数据都返回后将结果集处理后再返回。使用Future.sequence方法，接收一个包含Future的列表来将一系列Future的结果汇总到一个List单一结果里输出。完整代码在：http://git.oschina.net/yangbajing/codes/08pacy2lubgqnkmv1xojd

val f1 = Future {
  TimeUnit.SECONDS.sleep(1)
  "f1"
}

val f2 = Future {
  TimeUnit.SECONDS.sleep(2)
  "f2"
}

val f3 = Future {
  TimeUnit.SECONDS.sleep(3)
  2342
}

val f4 = Future.sequence(Seq(f1, f2, f3))

val results: List[Any] = Await.result(f4, 4.seconds)

println(results) // 输出：List(f1, f2, 2342)

代码f1、f2、f3字义了3个异步操作并马上执行。f4将3个异步操作的结果合并到一个List里返回，同时f4也是一个异步操作。除了采用Future.sequence提供的方便函数，我们还可以使用for comprehension特性来更灵活的合并多个Future的结果。

我们把f4的操作改成使用for推导式形式：

val f4: Future[(String, String, Int)] =
  for {
    r2 <- f2
    r3 <- f3
    r1 <- f1
  } yield (r1.take(1), r2.drop(1), r3 + 1)

val (f1Str, f2Str, f3Int) = Await.result(f4, 4.seconds)

println(s"f1: $f1Str, f2: $f2Str, f3: $f3Int") // 输出：f1: f, f2: 2, f3: 2342

可以看到for推导式也可以使用在Future上，r2 <- f2代码的含意是在f2这个Future执行完后将结果赋值给变量r2。与Future.sequence将多个线程的返回值合并到一个List不同。使用for推导式，在yield语句部分你可以对每个线程的运算结果做更自由的处理，并返回自己想要的类型（这得益于Scala强大的类型推导功能，不需要你显示的声明变量值类型）。

异常处理

前文代码，当Future代码块内有异常抛出时使用Future.sequence和for comprehension也会抛出异常，你将不能正确的获得结果。这时，可以使用Future提供的recover方法处理异常，并把异常恢复成一个正确值返回。

1	def recover[U >: T](pf: PartialFunction[Throwable, U])

recover常用使用方式如下：

1
2
3

Future (6 / 0) recover { case e: ArithmeticException => 0 } // result: 0
Future (6 / 0) recover { case e: NotFoundException   => 0 } // result: exception
Future (6 / 2) recover { case e: ArithmeticException => 0 } // result: 3

接下来看看怎样使用recover来将处理异常并可使返回值可正确应用于Future.sequence和for comprehension中。以之前的f2举例，修改代码如下：

val f2 = Future {
  throw new RuntimeException("throw exception")
}.recover {
  case e: Exception =>
    "handled exception"
}

采用上面的步骤将异常转换成一个值返回，f2就可以正确的应用到合并代码里了。

Promise

Promise是一个承若，它是一个可修改的对象。一个Promise可以在未来成功的完成一个任务（使用p.success来完成），也可能用来完成一个失败（通过返回一个异常，使用p.failure）。失败了的Promise，可以通过f.recover来处理故障。考虑一个把com.google.common.util.concurrent.FutureCallback<V>封装成Scala的Future的例子，看看Promise是怎样使用的。

val promise = Promise[R]()
Futures.addCallback(
  resultSetFuture,
  new FutureCallback[ResultSet] {
    override def onFailure(t: Throwable): Unit = promise.failure(t)

    override def onSuccess(rs: ResultSet): Unit = promise.complete(Try(func(rs)))
  },
  ec)
promise.future

总结

Scala使用Future和Promise对并发编程提供了快捷的支持，同时对多个Future结果的合并和Future的异常恢复也提供了优雅的解决方案。

scalascala实战

Future

访问Future的结果

合并多个Future的结果

异常处理

Promise

总结