使用雙非同步後，如何保證資料一致性？

來源：哪吒程式設計

unsetunset一、前情提要unsetunset

在上一篇文章中，我們使用雙非同步後，從 191s 最佳化到 2s，有個小夥伴在評論區問我，如何保證插入後資料的一致性呢？

很簡單，透過對比Excel檔案行數和入庫數量是否相等即可。

那麼，如何獲取非同步執行緒的返回值呢？

unsetunset二、透過Future獲取非同步返回值unsetunset

我們可以透過給非同步方法新增Future返回值的方式獲取結果。

FutureTask 除了實現 Future 介面外，還實現了 Runnable 介面。因此，FutureTask 可以交給 Executor 執行，也可以由呼叫執行緒直接執行FutureTask.run(）。

1、FutureTask 是基於 AbstractQueuedSynchronizer實現的

AbstractQueuedSynchronizer簡稱AQS，它是一個同步框架，它提供通用機制來原子性管理同步狀態、阻塞和喚醒執行緒，以及 維護被阻塞執行緒的佇列。基於 AQS 實現的同步器包括：ReentrantLock、Semaphore、ReentrantReadWriteLock、 CountDownLatch 和 FutureTask。

基於 AQS實現的同步器包含兩種操作：

1. acquire，阻塞呼叫執行緒，直到AQS的狀態允許這個執行緒繼續執行，在FutureTask中，get()就是這個方法；
2. release，改變AQS的狀態，使state變為非阻塞狀態，在FutureTask中，可以透過run()和cancel()實現。

2、FutureTask執行流程

1. 執行@Async非同步方法；
2. 建立新執行緒async-executor-X，執行Runnable的run()方法，（FutureTask實現RunnableFuture，RunnableFuture實現Runnable）；
3. 判斷狀態state；

• 如果未新建或者不處於AQS，直接返回；
• 否則進入COMPLETING狀態，執行非同步執行緒程式碼；

• 將自己從AQS佇列中移除；
• 然後喚醒next執行緒async-executor-2；
• 改變執行緒async-executor-1的state；
• 等待get()執行緒取值。

• 被喚醒
• 從AQS佇列中移除
• 喚醒next執行緒
• 改變非同步執行緒狀態

• 如果處於EXCEPTIONAL以上狀態，丟擲異常；
• 如果處於COMPLETING狀態，加入AQS佇列等待；
• 如果處於NORMAL狀態，返回結果；

3、get()方法執行流程

get()方法透過判斷狀態state觀測非同步執行緒是否已結束，如果結束直接將結果返回，否則會將等待節點扔進等待佇列自旋，阻塞住執行緒。

自旋直至非同步執行緒執行完畢，獲取另一邊的執行緒計算出結果或取消後，將等待佇列裡的所有節點依次喚醒並移除佇列。

1. 如果state小於等於COMPLETING，表示任務還在執行中；

• 計算超時時間；
• 如果超時，則從等待佇列中移除等待節點WaitNode，返回當前狀態state；
• 阻塞佇列nanos毫秒。
• 如果已有等待節點WaitNode，將執行緒置空；
• 返回當前狀態；
• 如果執行緒被中斷，從等待佇列中移除等待節點WaitNode，丟擲中斷異常；
• 如果state大於COMPLETING；
• 如果任務正在執行，讓出時間片；
• 如果還未構造等待節點，則new一個新的等待節點；
• 如果未入佇列，CAS嘗試入隊；
• 如果有超時時間引數；
• 否則阻塞佇列；

• 如果執行完畢，返回結果；
• 如果大於等於取消狀態，則丟擲異常。

很多小朋友對讀原始碼，嗤之以鼻，工作3年、5年，還是沒認真讀過任何原始碼，覺得讀了也沒啥用，或者讀了也看不懂~

其實，只要把原始碼的執行流程透過畫圖的形式呈現出來，你就會幡然醒悟，原來是這樣的~

簡而言之：

1. 如果非同步執行緒還沒執行完，則進入CAS自旋；

2. 其它執行緒獲取結果或取消後，重新喚醒CAS佇列中等待的執行緒；

3. 再透過get()判斷狀態state；

4. 直至返回結果或（取消、超時、異常）為止。

unsetunset三、FutureTask原始碼具體分析unsetunset

1、FutureTask原始碼

透過定義整形狀態值，判斷state大小，這個思想很有意思，值得學習。

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    /**
     * Sets this Future to the result of its computation
     * unless it has been cancelled.
     */
    void run();
}

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {

 // 最初始的狀態是new 新建狀態
 private volatile int state;
    private static final int NEW          = 0; // 新建狀態
    private static final int COMPLETING   = 1; // 完成中
    private static final int NORMAL       = 2; // 正常執行完
    private static final int EXCEPTIONAL  = 3; // 異常
    private static final int CANCELLED    = 4; // 取消
    private static final int INTERRUPTING = 5; // 正在中斷
    private static final int INTERRUPTED  = 6; // 已中斷

 public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
     int s = state;
     // 任務還在執行中
     if (s <= COMPLETING)
         s = awaitDone(false, 0L);
     return report(s);
 }
 
 private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException {
        final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
        WaitNode q = null;
        boolean queued = false;
        for (;;) {
         // 執行緒被中斷，從等待佇列中移除等待節點WaitNode，丟擲中斷異常
            if (Thread.interrupted()) {
                removeWaiter(q);
                throw new InterruptedException();
            }

            int s = state;
            // 任務已執行完畢或取消
            if (s > COMPLETING) {
             // 如果已有等待節點WaitNode，將執行緒置空
                if (q != null)
                    q.thread = null;
                return s;
            }
            // 任務正在執行，讓出時間片
            else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
                Thread.yield();
            // 還未構造等待節點，則new一個新的等待節點
            else if (q == null)
                q = new WaitNode();
            // 未入佇列，CAS嘗試入隊
            else if (!queued)
                queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
                                                     q.next = waiters, q);
            // 如果有超時時間引數
            else if (timed) {
             // 計算超時時間
                nanos = deadline - System.nanoTime();
                // 如果超時，則從等待佇列中移除等待節點WaitNode，返回當前狀態state
                if (nanos <= 0L) {
                    removeWaiter(q);
                    return state;
                }
                // 阻塞佇列nanos毫秒
                LockSupport.parkNanos(this, nanos);
            }
            else
             // 阻塞佇列
                LockSupport.park(this);
        }
    }
    
 private V report(int s) throws ExecutionException {
  // 獲取outcome中記錄的返回結果
        Object x = outcome;
        // 如果執行完畢，返回結果
        if (s == NORMAL)
            return (V)x;
            // 如果大於等於取消狀態，則丟擲異常
        if (s >= CANCELLED)
            throw new CancellationException();
        throw new ExecutionException((Throwable)x);
    }
}

2、將非同步方法的返回值改為Future<Integer>，將返回值放到new AsyncResult<>();中；

@Async("async-executor")
public void readXls(String filePath, String filename) {
    try {
     // 此程式碼為簡化關鍵性程式碼
        List<Future<Integer>> futureList = new ArrayList<>();
        for (int time = 0; time < times; time++) {
            Future<Integer> sumFuture = readExcelDataAsyncFutureService.readXlsCacheAsync();
            futureList.add(sumFuture);
        }
    }catch (Exception e){
        logger.error("readXlsCacheAsync---插入資料異常：",e);
    }
}

@Async("async-executor")
public Future<Integer> readXlsCacheAsync() {
    try {
        // 此程式碼為簡化關鍵性程式碼
        return new AsyncResult<>(sum);
    }catch (Exception e){
        return new AsyncResult<>(0);
    }
}

3、透過Future<Integer>.get()獲取返回值：

public static boolean getFutureResult(List<Future<Integer>> futureList, int excelRow){
    int[] futureSumArr = new int[futureList.size()];
    for (int i = 0;i<futureList.size();i++) {
        try {
            Future<Integer> future = futureList.get(i);
            while (true) {
                if (future.isDone() && !future.isCancelled()) {
                    Integer futureSum = future.get();
                    logger.info("獲取Future返回值成功"+"----Future:" + future
                            + ",Result:" + futureSum);
                    futureSumArr[i] += futureSum;
                    break;
                } else {
                    logger.info("Future正在執行---獲取Future返回值中---等待3秒");
                    Thread.sleep(3000);
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            logger.error("獲取Future返回值異常: ", e);
        }
    }
    
    boolean insertFlag = getInsertSum(futureSumArr, excelRow);
    logger.info("獲取所有非同步執行緒Future的返回值成功，Excel插入結果="+insertFlag);
    return insertFlag;
}

4、這裡也可以透過新執行緒+Future獲取Future返回值

不過感覺多此一舉了，就當練習Future非同步取返回值了~

public static Future<Boolean> getFutureResultThreadFuture(List<Future<Integer>> futureList, int excelRow) {
    ExecutorService service = Executors.newSingleThreadExecutor();
    final boolean[] insertFlag = {false};
    service.execute(new Runnable() {
        public void run() {
            try {
                insertFlag[0] = getFutureResult(futureList, excelRow);
            } catch (Exception e) {
                logger.error("新執行緒+Future獲取Future返回值異常: ", e);
                insertFlag[0] = false;
            }
        }
    });
    service.shutdown();
    return new AsyncResult<>(insertFlag[0]);
}

獲取非同步執行緒結果後，我們可以透過新增事務的方式，實現Excel入庫操作的資料一致性。

但Future會造成主執行緒的阻塞，這個就很不友好了，有沒有更優解呢？