实战中的 Promise 和 Future
最后更新于：2022-04-01 02:13:36
上一章介绍了 Future 类型，以及如何用它来编写高可读性、高组合性的异步执行代码。
Future 只是整个谜团的一部分：它是一个只读类型，允许你使用它计算得到的值，或者处理计算中出现的错误。但是在这之前，必须得有一种方法把这个值放进去。这一章里，你将会看到如何通过 Promise 类型来达到这个目的。
### 类型 Promise
之前，我们把一段顺序执行的代码块传递给了 `scala.concurrent` 里的 `future` 方法，并且在作用域中给出了一个 `ExecutionContext`，它神奇地异步调用代码块，返回一个 Future 类型的结果。
虽然这种获得 Future 的方式很简单，但还有其他的方法来创建 Future 实例，并填充它，这就是 Promise。Promise 允许你在 Future 里放入一个值，不过只能做一次，Future 一旦完成，就不能更改了。
一个 Future 实例总是和一个（也只能是一个）Promise 实例关联在一起。如果你在 REPL 里调用 `future` 方法，你会发现返回的也是一个 Promise：
~~~
import concurrent.Future
import concurrent.Future
scala> import concurrent.future
import concurrent.future
scala> import concurrent.ExecutionContext.Implicits.global
import concurrent.ExecutionContext.Implicits.global
scala> val f: Future[String] = future { "Hello World!" }
f: scala.concurrent.Future[String] = scala.concurrent.impl.Promise$DefaultPromise@2b509249
~~~
你得到的对象是一个 `DefaultPromise` ，它实现了 `Future` 和 `Promise` 接口，不过这就是具体的实现细节了（译注，有兴趣的读者可翻阅其实现的源码），使用者只需要知道代码实现把 Future 和对应的 Promise 之间的联系分的很清晰。
这个小例子说明了：除了通过 Promise，没有其他方法可以完成一个 Future，`future` 方法也只是一个辅助函数，隐藏了具体的实现机制。
现在，让我们动动手，看看怎样直接使用 Promise 类型。
#### 给出承诺
当我们谈论起承诺能否被兑现时，一个很熟知的例子是那些政客的竞选诺言。
假设被推选的政客给他的投票者一个减税的承诺。这可以用 `Promise[TaxCut]` 表示：
~~~
import concurrent.Promise
case class TaxCut(reduction: Int)
// either give the type as a type parameter to the factory method:
val taxcut = Promise[TaxCut]()
// or give the compiler a hint by specifying the type of your val:
val taxcut2: Promise[TaxCut] = Promise()
// taxcut: scala.concurrent.Promise[TaxCut] = scala.concurrent.impl.Promise$DefaultPromise@66ae2a84
// taxcut2: scala.concurrent.Promise[TaxCut] = scala.concurrent.impl.Promise$DefaultPromise@346974c6
~~~
一旦创建了这个 Promise，就可以在它上面调用 `future` 方法来获取承诺的未来：
~~~
val taxCutF: Future[TaxCut] = taxcut.future
// `> scala.concurrent.Future[TaxCut] ` scala.concurrent.impl.Promise$DefaultPromise@66ae2a84
~~~
返回的 Future 可能并不和 Promise 一样，但在同一个 Promise 上调用 `future` 方法总是返回同一个对象，以确保 Promise 和 Future 之间一对一的关系。
#### 结束承诺
一旦给出了承诺，并告诉全世界会在不远的将来兑现它，那最好尽力去实现。在 Scala 中，可以结束一个 Promise，无论成功还是失败。
##### 兑现承诺
为了成功结束一个 Promise，你可以调用它的 `success` 方法，并传递一个大家期许的结果：
~~~
taxcut.success(TaxCut(20))
~~~
这样做之后，Promise 就无法再写入其他值了，如果偏要再写，会产生异常。
此时，和 Promise 关联的 Future 也成功完成，注册的回调会开始执行，或者说对这个 Future 进行了映射，那这个时候，映射函数也该执行了。
一般来说，Promise 的完成和对返回的 Future 的处理发生在不同的线程。很可能你创建了 Promise，并立即返回和它关联的 Future 给调用者，而实际上，另外一个线程还在计算它。
为了说明这一点，我们拿减税来举个例子：
~~~
object Government {
def redeemCampaignPledge(): Future[TaxCut] = {
val p = Promise[TaxCut]()
Future {
println("Starting the new legislative period.")
Thread.sleep(2000)
p.success(TaxCut(20))
println("We reduced the taxes! You must reelect us!!!!1111")
}
p.future
}
}
~~~
这个例子中使用了 Future 伴生对象，不过不要被它搞混淆了，这个例子的重点是：Promise 并不是在调用者的线程里完成的。
现在我们来兑现当初的竞选宣言，在 Future 上添加一个 `onComplete` 回调：
~~~
import scala.util.{Success, Failure}
val taxCutF: Future[TaxCut] = Government.redeemCampaignPledge()
println("Now that they're elected, let's see if they remember their promises...")
taxCutF.onComplete {
case Success(TaxCut(reduction)) =>
println(s"A miracle! They really cut our taxes by $reduction percentage points!")
case Failure(ex) =>
println(s"They broke their promises! Again! Because of a ${ex.getMessage}")
}
~~~
多次运行这个例子，会发现显示屏输出的结果顺序是不确定的，而且，最终回调函数会执行，进入成功的那个 case 。
##### 违背诺言
政客习惯违背诺言，Scala 程序员有时候也只能这样做。调用 `failure` 方法，传递一个异常，结束 Promise：
~~~
case class LameExcuse(msg: String) extends Exception(msg)
object Government {
def redeemCampaignPledge(): Future[TaxCut] = {
val p = Promise[TaxCut]()
Future {
println("Starting the new legislative period.")
Thread.sleep(2000)
p.failure(LameExcuse("global economy crisis"))
println("We didn't fulfill our promises, but surely they'll understand.")
}
p.future
}
}
~~~
这个 `redeemCampaignPledge` 实现最终会违背承诺。一旦用 `failure` 结束这个 Promise，也无法再次写入了，正如 `success` 方法一样。相关联的 Future 也会以 `Failure` 收场。
如果已经有了一个 Try，那可以直接把它传递给 Promise 的 `complete` 方法，以此来结束这个它。如果这个 Try 是一个 Success，关联的 Future 会成功完成，否则，就失败。
### 基于 Future 的编程实践
如果想使用基于 Future 的编程范式以增加应用的扩展性，那应用从下到上都必须被设计成非阻塞模式。这意味着，基本上应用层所有的函数都应该是异步的，并且返回 Future。
当下，一个可能的使用场景是开发 Web 应用。流行的 Scala Web 框架，允许你将响应作为 `Future[Response]` 返回，而不是等到你完成响应再返回。这个非常重要，因为它允许 Web 服务器用少量的线程处理更多的连接。通过赋予服务器 `Future[Response]` 的能力，你可以最大化服务器线程池的利用率。
而且，应用的服务可能需要多次调用数据库层以及（或者）某些外部服务，这时候可以获取多个 Future，用 for 语句将它们组合成新的 Future，简单可读！最终，Web 层再将这样的一个 Future 变成 `Future[Response]`。
但是该怎样在实践中实现这些呢？需要考虑三种不同的场景：
#### 非阻塞IO
应用很可能涉及到大量的 IO 操作。比如，可能需要和数据库交互，还可能作为客户端去调用其他的 Web 服务。
如果是这样，可以使用一些基于 Java 非阻塞 IO 实现的库，也可以直接或通过 Netty 这样的库来使用 Java 的 NIO API。这样的库可以用定量的线程池处理大量的连接。
但如果是想开发这样的一个库，直接和 Promise 打交道更为合适。
#### 阻塞 IO
有时候，并没有基于 NIO 的库可用。比如，Java 世界里大多数的数据库驱动都是使用阻塞 IO。在 Web 应用中，如果用这样的驱动发起大量访问数据库的调用，要记得这些调用是发生在服务器线程里的。为了避免这个问题，可以将所有需要和数据库交互的代码都放入 `future` 代码块里，就像这样：
~~~
// get back a Future[ResultSet] or something similar:
Future {
queryDB(query)
}
~~~
到现在为止，我们都是使用隐式可用的全局 `ExecutionContext` 来执行这些代码块。通常，更好的方式是创建一个专用的 `ExecutionContext` 放在数据库层里。可以从 Java的 `ExecutorService` 来它，这也意味着，可以异步的调整线程池来执行数据库调用，应用的其他部分不受影响。
~~~
import java.util.concurrent.Executors
import concurrent.ExecutionContext
val executorService = Executors.newFixedThreadPool(4)
val executionContext = ExecutionContext.fromExecutorService(executorService)
~~~
#### 长时间运行的计算
取决于应用的本质特点，一个应用偶尔还会调用一些长时间运行的任务，它们完全不涉及 IO（CPU 密集的任务）。这些任务也不应该在服务器线程中执行，因此需要将它们变成 Future：
~~~
Future {
longRunningComputation(data, moreData)
}
~~~
同样，最好有一些专属的 `ExecutionContext` 来处理这些 CPU 密集的计算。怎样调整这些线程池大小取决于应用的特征，这些已经超过了本文的范围。
### 总结
这一章里，我们学习了 Promise - 基于 Future 的并发范式的可写组件，以及怎样用它来完成一个 Future；同时，还给出了一些在实践中使用它们的建议。
下一章会讨论 Scala 函数式编程是如何增加代码可用性（一个长久以来和面向对象编程相关联的概念）的。