摘要：異步調(diào)用是一種非阻塞式調(diào)用方式，用于在處理比較耗時(shí)的任務(wù)時(shí)保證程序性能不受到影響。實(shí)現(xiàn)異步調(diào)用的關(guān)鍵在于要解決三個(gè)技術(shù)問題，它們分別是程序阻塞問題、異步消息的傳遞問題和超時(shí)問題。本文介紹的開發(fā)方法和步驟采用并發(fā)線程、回調(diào)機(jī)制和計(jì)時(shí)器圓滿地解決了異步調(diào)用的技術(shù)難題。

關(guān)鍵詞：程序阻塞；異步消息傳遞；Java回調(diào)；線程；異步調(diào)用

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

軟件模塊之間的調(diào)用關(guān)系可以分為兩大類：即同步調(diào)用和異步調(diào)用。在同步調(diào)用中，一段代碼（主調(diào)方）調(diào)用另一段代碼（被調(diào)方），主調(diào)方必須等待這段代碼執(zhí)行完成返回結(jié)果后，才能繼續(xù)往下執(zhí)行，所以，同步調(diào)用是一種阻塞式調(diào)用，主調(diào)方代碼一直阻塞等待直到被調(diào)方返回為止。同步調(diào)用相對比較直觀，也是大部分編程語言直接支持的一種調(diào)用方式。但是，同步調(diào)用在處理比較耗時(shí)的情況下會(huì)嚴(yán)重影響程序性能，影響人機(jī)交互的瞬時(shí)反應(yīng)。例如，某個(gè)程序需要訪問數(shù)據(jù)庫獲取大量數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理，將處理結(jié)果顯示在程序主窗口。由于數(shù)據(jù)庫訪問和大量數(shù)據(jù)的處理都是耗時(shí)的工作，在這個(gè)工作完成之前，處理結(jié)果遲遲不能顯示，用戶點(diǎn)擊鼠標(biāo)也不會(huì)立即得到響應(yīng)，讓用戶感到整個(gè)程序顯得很沉重。面對這樣一些需要比較長時(shí)間才能完成的應(yīng)用場景，我們需要采用一種非阻塞式調(diào)用方式，即異步調(diào)用方式。在異步調(diào)用中，主調(diào)方調(diào)用被調(diào)方后，不等待對方返回結(jié)果就繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼，被調(diào)方執(zhí)行完畢后，通過某種手段通知調(diào)用方：結(jié)果已經(jīng)出來，請酌情處理。我們可以對上面的例子改用異步調(diào)用將問題輕松化解：把整個(gè)耗時(shí)的工作放進(jìn)一個(gè)單獨(dú)的線程，由主調(diào)方啟動(dòng)此線程后繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼，線程在背后悄悄地處理費(fèi)時(shí)的工作，當(dāng)工作完成，采用回調(diào)的方式通知主調(diào)方工作完成，主調(diào)方將結(jié)果顯示在主窗口。經(jīng)過這樣的處理，主界面繼續(xù)進(jìn)行自己的工作而不必死等，就不會(huì)造成界面響應(yīng)遲鈍。

在實(shí)現(xiàn)異步調(diào)用機(jī)制時(shí)，除了線程之外，還要用到回調(diào)?；卣{(diào)是一種雙向調(diào)用，也就是，被調(diào)方在被調(diào)用時(shí)也會(huì)調(diào)用主調(diào)方的代碼。在異步調(diào)用中，被調(diào)方需要在工作完成時(shí)通知主調(diào)方，即調(diào)用主調(diào)方的接口，這一機(jī)制通過回調(diào)實(shí)現(xiàn)。回調(diào)和異步調(diào)用的關(guān)系非常緊密，回調(diào)是異步調(diào)用的基礎(chǔ)[1]。

本文理論聯(lián)系實(shí)際，首先闡述如何使用Java實(shí)現(xiàn)回調(diào)機(jī)制，然后進(jìn)一步闡述使用Java回調(diào)和線程實(shí)現(xiàn)異步調(diào)用，最后，闡述在異步調(diào)用中如何處理超時(shí)問題。

1 Java回調(diào)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方法

實(shí)現(xiàn)Java回調(diào)，需要做如下三件事情：

（1）定義一個(gè)回調(diào)接口CallbackInterface

接口中聲明回調(diào)方法handle，如圖1所示，回調(diào)方法就是一個(gè)普通的方法，接收一個(gè)消息字符串或者一個(gè)封裝了數(shù)據(jù)的事件。

（2）定義一個(gè)類實(shí)現(xiàn)回調(diào)接口

這個(gè)類其實(shí)就是消息接收者和處理者，如圖2所示，其中：回調(diào)方法是消息發(fā)生時(shí)實(shí)際處理消息的方法，此處簡化為一條打印語句。

（3）定義消息通知者

消息通知者必須具備兩種能力，第一，它必須知道誰是消息接收者，第二，當(dāng)消息發(fā)生時(shí)，它能夠回調(diào)這些接收者的回調(diào)方法。為了獲得這兩種能力，消息通知者首先必須提供一個(gè)注冊方法register， 通過注冊的方式來注冊多個(gè)對此消息或事件感興趣的對象。然后提供一個(gè)消息通知方法notifyMessage，在這個(gè)方法中調(diào)用所有消息接收者的回調(diào)方法。具體代碼如圖3所示。

上述代碼使用了一個(gè)可變數(shù)組List用于保存消息接收者，注冊的過程實(shí)際上是將消息接收者添加到這個(gè)數(shù)組，以備在需要通知消息的時(shí)候調(diào)用這些消息接收者的回調(diào)方法。

有了消息接收者和消息通知者，就可以完成消息通知機(jī)制了，圖4給出的是測試代碼。

這里有一個(gè)非常關(guān)鍵的步驟就是將消息接收者向消息通知者注冊，只有已注冊的對象才會(huì)收到消息通知。

值得一提的是，Java回調(diào)機(jī)制的使用非常廣泛， 比如Java的事件監(jiān)聽器模式和觀察者模式都包含了回調(diào)機(jī)制[2]，在一些框架API提供的調(diào)用中不少也是以回調(diào)的形式提供的[3]。深刻理解Java回調(diào)機(jī)制是很有裨益的。

運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。

2 使用Java回調(diào)和線程實(shí)現(xiàn)異步調(diào)用

線程是一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行流，其本質(zhì)是程序中一段并發(fā)執(zhí)行的代碼。在異步調(diào)用機(jī)制中引入線程，在線程中完成耗時(shí)的工作，其目的是讓調(diào)用方的主線程繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼而不需要等待被調(diào)方的結(jié)果返回。由于不需要等待，這樣我們就等于同時(shí)做了兩件事情，而這兩件事情分別是在不同的執(zhí)行流中執(zhí)行，主調(diào)者在當(dāng)前的主線程中執(zhí)行，被調(diào)者在另外一個(gè)線程中執(zhí)行，因此提高了程序的效率，避免了界面的響應(yīng)遲鈍。當(dāng)被調(diào)者執(zhí)行完成后，仍然采用回調(diào)通知主調(diào)者。

如圖6所示，LongTimeWorker是一個(gè)用于完成耗時(shí)工作的線程，同時(shí)又是消息通知者。其耗時(shí)工作在run方法中完成，另外提供一個(gè)注冊方法register， 和一個(gè)消息通知方法notifyMessage，在run方法的最后，即耗時(shí)工作完成以后，調(diào)用notifyMessage將消息廣播出去。

將前面的測試代碼做一點(diǎn)改動(dòng)就可以看到異步調(diào)用的效果如圖7所示。

3 異步調(diào)用中超時(shí)問題的處理

異步調(diào)用通常都要加入超時(shí)機(jī)制，因?yàn)槲覀兛偸窍Ｍ谝粋€(gè)指定的時(shí)間范圍內(nèi)返回一個(gè)結(jié)果，即使沒有得到結(jié)果也該有個(gè)超時(shí)通知。這時(shí)我們需要使用“限時(shí)線程回調(diào)方式”，它在原有線程回調(diào)的基礎(chǔ)上加上一個(gè)計(jì)時(shí)器Timer以計(jì)算消耗的時(shí)間，如果時(shí)間期限到了任務(wù)還沒有執(zhí)行完成即中斷線程，并將超時(shí)消息廣播出去。LongTimeWorker類需要修改部分的代碼如圖8和圖9所示。

首先LongTimeWorker線程類增加了一個(gè)構(gòu)造方法，其參數(shù)是超時(shí)時(shí)間timeout，構(gòu)造方法的主要任務(wù)是創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器，每秒鐘計(jì)時(shí)一次，若超時(shí)時(shí)間到則終止本線程，并廣播超時(shí)消息。LongTimeWorker線程類的第二個(gè)改變發(fā)生在其run方法中，線程一啟動(dòng)立即開始計(jì)時(shí)，完成工作后停止計(jì)時(shí)，并廣播消息。

4 結(jié)束語

異步調(diào)用是一種非阻塞式調(diào)用方式，用于在處理比較耗時(shí)的任務(wù)時(shí)保證程序性能不受到影響。實(shí)現(xiàn)異步調(diào)用的關(guān)鍵在于要解決三個(gè)技術(shù)難題，它們分別是程序阻塞問題、異步消息的傳遞問題和超時(shí)問題。本文介紹的方法采用并發(fā)線程、回調(diào)機(jī)制和計(jì)時(shí)器使上述問題得到了圓滿解決。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳家朋.異步消息的傳遞-回調(diào)機(jī)制[EB/OL]. http：//www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-callback/， 2003.

[2] Eric Freeman.Head First Design Pattern[M].O’Reilly Media， Inc. 2004：51-53.

[3] 羅時(shí)飛.精通Spring-深入Java EE開發(fā)核心技術(shù)[EB/OL] ， 回調(diào)接口集合及其觸發(fā)順序http：//book.51cto.com/art/201004/193405.htm.

作者簡介：

錢宇虹，女，計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士.從事軟件開發(fā)與應(yīng)用、軟件

工程、軟件測試技術(shù)方面的教學(xué)、科研和開發(fā).