異步編程是一種對 CPU 資源更高效的編程方式，也是提高系統吞吐量的一個非常不錯的選擇。很多人會認為所謂的異步不就是多線程嗎？
但實際上這句話只能說對一半，沒錯，異步是通過多線程來實現的，但我們 Java 中的異步編程卻絕不僅僅只是多線程，它還包括對任務執行狀態的監控、隨時可以選擇性的中斷任務的執行以及獲取任務執行的返回結果。
Java 的並發包下為我們提供了一整套完善的異步任務框架，包括任務的定義、任務的提交、線程的創建與任務分配、監控任務狀態、取消任務等等，絕不僅僅局限於多線程的簡單創建與啟動。
簡單介紹與使用
下面我們先簡單介紹異步框架中的相關接口所代表的作用與含義，接着我簡單的編寫一個 demo 應用下我們異步框架。
1、任務的抽象
我們使用接口 Runnable 與 Callable 抽象的描述一個任務，前者相信大家已經非常的熟悉了，后者我們見的不多，但其實也是一個很簡單的接口，與 Runable 接口一樣也是一個函數式接口，內部定義一個 call 方法。
相比於 Runnable，除了內部定義的方法名稱不同外，call 方法還要求調用結束后返回一個結果，至於返回的結果是什么，取決於你的實現類，總的來說，兩者差別不大。
2、任務的執行
Executor 接口抽象了任務的執行者，所有的任務都可以向這里進行提交，Executor 會負責創建線程並啟動線程，執行任務。
Executor 接口的定義也是非常簡單的，只有一個 execute 執行方法。
public interface Executor {
void execute(Runnable command);
}
ExecutorService 接口繼承了接口 Executor 並新增了更多的任務執行必須的方法，例如：
- void shutdown();
- List
shutdownNow(); - boolean isShutdown();
-
Future submit(Callable task); -
Future submit(Runnable task, T result); - Future<?> submit(Runnable task);
- invokeAll，invokeAny等
這些方法我們等會會深入去分析它們，這里大家只要有個印象就好，ExecutorService 允許我們將任務進行提交，它會統一地並在合適地時候創建線程、執行任務。
3、任務的監控
Future 接口用於監控我們的任務執行狀態，是已提交但未執行，或是已取消，亦或是已完成。Future 接口中定義的方法我們也不妨列舉部分感受一下：
- boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
- boolean isCancelled();
- boolean isDone();
- V get()
細心的同學可能已經發現了，任務的監控 Future 將在任務的提交成功后返回，也就是當你成功的調用 submit 方法之后，ExecutorService 將為你返回一個 Future 接口實例供你監控剛剛提交的任務執行狀態。
下面我們看一個簡單的 demo，用於演示基本的任務提交與執行。
我們通過 Executors 的工廠方法獲取一個單線程的任務執行者，接着我們可以向這個任務執行者提交任務，當然這里簡化了代碼，使用了 Lambda 表達式，我們分別提交了兩個任務，並從 submit 方法的返回得到了任務的監控者 Future 實例。
接着，我們也就可以通過 Future 來得知任務執行的狀態。
總的來說，異步任務給我們帶來的好處是什么呢？我覺得最重要的一點就是「便捷」。
我只需要將我的任務提交就好了，不再關心如何如何創建線程，啟動線程等等細節，我也不再像以前一樣，線程啟動后根本不知道有沒有執行，我手里有 Future，我可以隨時的監控任務的執行情況。
另外，異步任務框架還有一點非常的不錯，那就是性能，它可以依賴線程池，減少線程創建和銷毀的開銷，這一切都將隨着 jdk 的迭代而不斷的優化，而我們在使用上根本不用關心，我只關心我的任務該怎么寫，至於任務怎么執行，如何高效低能耗，交給你異步框架了。
基本的實現原理
ExecutorService 繼承了 Executor 並新增了一些接口方法，這些方法數量還不少，而有些方法是很通用的，亦或是有些方法子類用不到，這你不能要求每一個子類實現者都實現了這些方法。
所以，向下又有了一層抽象，AbstractExecutorService 實現了 ExecutorService 並完成了很多方法的默認實現。后者只需要繼承 AbstractExecutorService 並重寫自己需要重寫的方法即可成為一個「異步任務的執行者」。
但是如下的方法 AbstractExecutorService 是沒有做默認實現的，需要你子類自行實現。原因也很簡單，因為這些方法不具備通用的邏輯，涉及到具體實現者內部使用的資源釋放，鎖資源競爭以及隊列資源的使用等，所以不太適合做抽象。
public void shutdown()
public List<Runnable> shutdownNow()
public boolean isShutdown()
public boolean isTerminated()
public boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
public void execute(Runnable command)
那我們就簡單點吧，直接從任務的提交開始看。
submit 主要有三種重載：
Future<?> submit(Runnable task)
Future
submit(Runnable task, T result) Future
submit(Callable task)
因為任務的抽象表示主要有兩種，一種是 Runnable，一種是 Callable，所以需要提供對兩種不同任務類型的抽象提交。我們以其中一個重載進行分析即可，這里我們采用第一個重載方法：
public Future<?> submit(Runnable task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
execute(ftask);
return ftask;
}
RunnableFuture 繼承了 Runnable 和 Future，標識這是一個可執行的、可監控的任務。而 newTaskFor 返回的是 FutureTask (RunnableFuture的一種實現類）。
而我們也不妨看看這個 FutureTask 內部都有些哪些成員：
state 和它可取的這些值共同描述了當前任務的執行狀態，是剛開始執行，還是正在執行中，還是正常結束，還是異常結束，還是被取消了，都由這個 state 來體現。
callable 代表當前正在執行的工作內容，這里說一下為什么只有 Callable 類型的任務，因為所有的 Runnable 類型任務都會被事先轉換成 Callable 類型，我覺得主要是統一和抽象實現吧。
outcome 是任務執行結束的返回值，runner 是正在執行當前任務的線程，waiters 是一個簡單的單鏈表，維護的是所有在任務執行結束之前嘗試調用 get 方法獲取執行結果的線程集合。當任務執行結束自當喚醒隊列中所有的線程。
除此之外，還有一個稍顯重要的方法，就是 run 方法，這個方法會在任務開始時由 ExecutorService 調用，這是一個很核心的方法，雖然方法體有點長，但是邏輯簡單，我們大體上概括下。
- 如果任務已經開始將退出方法邏輯的執行
- 調度任務執行，調用 call 方法
- 調用成功將保存結果，異常則將保存異常信息
- 處理中斷
其他的方法就不去看了，也比較多，還算是簡單的，如果有所想法，也歡迎你和我探討交流。
當我們回到 submit 方法時，其實就只剩下一個 execute 方法了，execute 方法是有點復雜的，也稍繁瑣，其中也涉及了一些線程池的概念，我們在下一篇分析線程池的時候再作詳盡分析了。
這里你只要知道，execute 會根據線程池中可用線程的數量，分配並選擇一個線程執行我們的任務即可。其他的一些細節我們后續再作討論。
關於異步任務我們這里作了簡單的介紹了，總體上你應該對 Java 的異步編程體系有一個認知了，細節之處並沒有很多，因為大多會涉及一些線程池的概念，我們還未介紹。
所以，后續也會結合線程池以及 Java8 新增的組合異步再作分析。
