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CompletableFuture异步编程

我们异步执行一个任务时，一般是用线程池Executor去创建。如果不需要有返回值， 任务实现Runnable接口；如果需要有返回值，任务实现Callable接口，调用Executor的submit方法，再使用Future获取即可。如果多个线程存在依赖组合的话，我们怎么处理呢？可使用同步组件CountDownLatch、CyclicBarrier等，但是比较麻烦。其实有简单的方法，就是用CompeletableFuture。

使用Future来进行异步调用:

public static void main(String[] args) throws Exception {

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

        UserInfoService userInfoService = new UserInfoService();
        MedalService medalService = new MedalService();
        long userId =666L;
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        //调用用户服务获取用户基本信息
        FutureTask<UserInfo> userInfoFutureTask = new FutureTask<>(new Callable<UserInfo>() {
            @Override
            public UserInfo call() throws Exception {
                return userInfoService.getUserInfo(userId);
            }
        });
        executorService.submit(userInfoFutureTask);

        Thread.sleep(300); //模拟主线程其它操作耗时

        FutureTask<MedalInfo> medalInfoFutureTask = new FutureTask<>(new Callable<MedalInfo>() {
            @Override
            public MedalInfo call() throws Exception {
                return medalService.getMedalInfo(userId);
            }
        });
        executorService.submit(medalInfoFutureTask);

        UserInfo userInfo = userInfoFutureTask.get();//获取个人信息结果
        MedalInfo medalInfo = medalInfoFutureTask.get();//获取勋章信息结果

        System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    }

Future对于结果的获取，不是很友好，只能通过阻塞或者轮询的方式得到任务的结果。

  • Future.get() 就是阻塞调用，在线程获取结果之前get方法会一直阻塞。
  • Future提供了一个isDone方法，可以在程序中轮询这个方法查询执行结果。

阻塞的方式和异步编程的设计理念相违背，而轮询的方式会耗费无谓的CPU资源。因此，JDK8设计出CompletableFuture。CompletableFuture提供了一种观察者模式类似的机制，可以让任务执行完成后通知监听的一方。

使用CompletableFuture来进行异步调用：

public static void main(String[] args) throws Exception {

        UserInfoService userInfoService = new UserInfoService();
        MedalService medalService = new MedalService();
        long userId =666L;
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        //调用用户服务获取用户基本信息
        CompletableFuture<UserInfo> completableUserInfoFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> userInfoService.getUserInfo(userId));

        Thread.sleep(300); //模拟主线程其它操作耗时

        CompletableFuture<MedalInfo> completableMedalInfoFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> medalService.getMedalInfo(userId)); 

        UserInfo userInfo = completableUserInfoFuture.get(2,TimeUnit.SECONDS);//获取个人信息结果
        MedalInfo medalInfo = completableMedalInfoFuture.get();//获取勋章信息结果
        System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");

    }

使用CompletableFuture，代码简洁了很多。CompletableFuture的supplyAsync方法，提供了异步执行的功能，线程池也不用单独创建了。实际上，它CompletableFuture使用了默认线程池是ForkJoinPool.commonPool。

CompletableFuture使用场景

  • 创建异步任务
  • 简单任务异步回调
  • 多个任务组合处理

创建异步任务

CompletableFuture创建异步任务，一般有supplyAsync和runAsync两个方法。

  • supplyAsync执行CompletableFuture任务，支持返回值
  • runAsync执行CompletableFuture任务，没有返回值

supplyAsync方法

//使用默认内置线程池ForkJoinPool.commonPool()，根据supplier构建执行任务
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)
//自定义线程，根据supplier构建执行任务
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)

runAsync方法

//使用默认内置线程池ForkJoinPool.commonPool()，根据runnable构建执行任务
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable) 
//自定义线程，根据runnable构建执行任务
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,  Executor executor)

    public static void main(String[] args) {
        //可以自定义线程池
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        //runAsync的使用
        CompletableFuture<Void> runFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> System.out.println("run,runAsync的使用"), executor);
        //supplyAsync的使用
        CompletableFuture<String> supplyFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                    System.out.print("test supplyAsync的使用");
                    return "runAsync的使用"; }, executor);
        //runAsync的future没有返回值，输出null
        System.out.println(runFuture.join());
        //supplyAsync的future，有返回值
        System.out.println(supplyFuture.join());
        executor.shutdown(); // 线程池需要关闭
    }

任务异步回调

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1. thenRun/thenRunAsync

public CompletableFuture<Void> thenRun(Runnable action);
public CompletableFuture<Void> thenRunAsync(Runnable action);

CompletableFuture的thenRun方法，通俗点讲就是，做完第一个任务后，再做第二个任务。某个任务执行完成后，执行回调方法；但是前后两个任务没有参数传递，第二个任务也没有返回值。

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<String> orgFuture = CompletableFuture.supplyAsync(
                ()->{
                    System.out.println("先执行第一个CompletableFuture方法任务");
                    return "捡田螺的小男孩";
                }
        );

        CompletableFuture thenRunFuture = orgFuture.thenRun(() -> {
            System.out.println("接着执行第二个任务");
        });

        System.out.println(thenRunFuture.get());
    }

如果你执行第一个任务的时候，传入了一个自定义线程池：

  • 调用thenRun方法执行第二个任务时，则第二个任务和第一个任务是共用同一个线程池。
  • 调用thenRunAsync执行第二个任务时，则第一个任务使用的是你自己传入的线程池，第二个任务使用的是ForkJoin线程池

2. thenAccept/thenAcceptAsync

CompletableFuture的thenAccept方法表示，第一个任务执行完成后，执行第二个回调方法任务，会将该任务的执行结果，作为入参，传递到回调方法中，但是回调方法是没有返回值的。

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<String> orgFuture = CompletableFuture.supplyAsync(
                ()->{
                    System.out.println("原始CompletableFuture方法任务");
                    return "捡田螺的小男孩";
                }
        );

        CompletableFuture thenAcceptFuture = orgFuture.thenAccept((a) -> {
            if ("捡田螺的小男孩".equals(a)) {
                System.out.println("关注了");
            }

            System.out.println("先考虑考虑");
        });

        System.out.println(thenAcceptFuture.get());
    }

3. thenApply/thenApplyAsync

CompletableFuture的thenApply方法表示，第一个任务执行完成后，执行第二个回调方法任务，会将该任务的执行结果，作为入参，传递到回调方法中，并且回调方法是有返回值的。

 public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<String> orgFuture = CompletableFuture.supplyAsync(
                ()->{
                    System.out.println("原始CompletableFuture方法任务");
                    return "捡田螺的小男孩";
                }
        );

        CompletableFuture<String> thenApplyFuture = orgFuture.thenApply((a) -> {
            if ("捡田螺的小男孩".equals(a)) {
                return "关注了";
            }

            return "先考虑考虑";
        });

        System.out.println(thenApplyFuture.get());
    }

4. exceptionally

CompletableFuture的exceptionally方法表示，某个任务执行异常时，执行的回调方法;并且有抛出异常作为参数，传递到回调方法。

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<String> orgFuture = CompletableFuture.supplyAsync(
                ()->{
                    System.out.println("当前线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
                    throw new RuntimeException();
                }
        );

        CompletableFuture<String> exceptionFuture = orgFuture.exceptionally((e) -> {
            e.printStackTrace();
            return "你的程序异常啦";
        });

        System.out.println(exceptionFuture.get());
    }

5. whenComplete方法

CompletableFuture的whenComplete方法表示，某个任务执行完成后，执行的回调方法，无返回值；并且whenComplete方法返回的CompletableFuture的result是上个任务的结果。

 public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<String> orgFuture = CompletableFuture.supplyAsync(
                ()->{
                    System.out.println("当前线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
                    try {
                        Thread.sleep(2000L);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    return "捡田螺的小男孩";
                }
        );

        CompletableFuture<String> rstFuture = orgFuture.whenComplete((a, throwable) -> {
            System.out.println("当前线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
            System.out.println("上个任务执行完啦，还把" + a + "传过来");
            if ("捡田螺的小男孩".equals(a)) {
                System.out.println("666");
            }
            System.out.println("233333");
        });

        System.out.println(rstFuture.get());
    }

6. handle方法

CompletableFuture的handle方法表示，某个任务执行完成后，执行回调方法，并且是有返回值的;并且handle方法返回的CompletableFuture的result是回调方法执行的结果。

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<String> orgFuture = CompletableFuture.supplyAsync(
                ()->{
                    System.out.println("当前线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
                    try {
                        Thread.sleep(2000L);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    return "捡田螺的小男孩";
                }
        );

        CompletableFuture<String> rstFuture = orgFuture.handle((a, throwable) -> {

            System.out.println("上个任务执行完啦，还把" + a + "传过来");
            if ("捡田螺的小男孩".equals(a)) {
                System.out.println("666");
                return "关注了";
            }
            System.out.println("233333");
            return null;
        });

        System.out.println(rstFuture.get());
    }

多个任务组合处理

AND组合关系

thenCombine / thenAcceptBoth / runAfterBoth都表示：将两个CompletableFuture组合起来，只有这两个都正常执行完了，才会执行某个任务。

区别在于：

  • thenCombine：会将两个任务的执行结果作为方法入参，传递到指定方法中，且有返回值。
  • thenAcceptBoth: 会将两个任务的执行结果作为方法入参，传递到指定方法中，且无返回值。
  • runAfterBoth 不会把执行结果当做方法入参，且没有返回值。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {

        CompletableFuture<String> first = CompletableFuture.completedFuture("第一个异步任务");
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
        CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
                //第二个异步任务
                .supplyAsync(() -> "第二个异步任务", executor)
                // (w, s) -> System.out.println(s) 是第三个任务
                .thenCombineAsync(first, (s, w) -> {
                    System.out.println(w);
                    System.out.println(s);
                    return "两个异步任务的组合";
                }, executor);
        System.out.println(future.join());
        executor.shutdown();

    }

OR 组合的关系

applyToEither / acceptEither / runAfterEither 都表示：将两个CompletableFuture组合起来，只要其中一个执行完了,就会执行某个任务。

区别在于：

  • applyToEither：会将已经执行完成的任务，作为方法入参，传递到指定方法中，且有返回值。
  • acceptEither: 会将已经执行完成的任务，作为方法入参，传递到指定方法中，且无返回值。
  • runAfterEither： 不会把执行结果当做方法入参，且没有返回值。
public static void main(String[] args) {
        //第一个异步任务，休眠2秒，保证它执行晚点
        CompletableFuture<String> first = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            try{

                Thread.sleep(2000L);
                System.out.println("执行完第一个异步任务");}
                catch (Exception e){
                    return "第一个任务异常";
                }
            return "第一个异步任务";
        });
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture
                //第二个异步任务
                .supplyAsync(() -> {
                            System.out.println("执行完第二个任务");
                            return "第二个任务";}
                , executor)
                //第三个任务
                .acceptEitherAsync(first, System.out::println, executor);

        executor.shutdown();
    }

AllOf

所有任务都执行完成后，才执行 allOf返回的CompletableFuture。如果任意一个任务异常，allOf的CompletableFuture，执行get方法，会抛出异常。

 public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<Void> a = CompletableFuture.runAsync(()->{
            System.out.println("我执行完了");
        });
        CompletableFuture<Void> b = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("我也执行完了");
        });
        CompletableFuture<Void> allOfFuture = CompletableFuture.allOf(a, b).whenComplete((m,k)->{
            System.out.println("finish");
        });
    }

AnyOf

任意一个任务执行完，就执行anyOf返回的CompletableFuture。如果执行的任务异常，anyOf的CompletableFuture，执行get方法，会抛出异常。

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<Void> a = CompletableFuture.runAsync(()->{
            try {
                Thread.sleep(3000L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("我执行完了");
        });
        CompletableFuture<Void> b = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("我也执行完了");
        });
        CompletableFuture<Object> anyOfFuture = CompletableFuture.anyOf(a, b).whenComplete((m,k)->{
            System.out.println("finish");
        });
        anyOfFuture.join();
    }

thenCompose

thenCompose方法会在某个任务执行完成后，将该任务的执行结果,作为方法入参,去执行指定的方法。该方法会返回一个新的CompletableFuture实例

  • 如果该CompletableFuture实例的result不为null，则返回一个基于该result新的CompletableFuture实例；
  • 如果该CompletableFuture实例为null，然后就执行这个新任务
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<String> f = CompletableFuture.completedFuture("第一个任务");
        //第二个异步任务
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
                .supplyAsync(() -> "第二个任务", executor)
                .thenComposeAsync(data -> {
                    System.out.println(data); return f; //使用第一个任务作为返回
                }, executor);
        System.out.println(future.join());
        executor.shutdown();

    }

CompletableFuture使用有哪些注意点

CompletableFuture 使我们的异步编程更加便利的、代码更加优雅的同时，我们也要关注下它，使用的一些注意点。

1. Future需要获取返回值，才能获取异常信息

Future需要获取返回值，才能获取到异常信息。如果不加 get()/join()方法，看不到异常信息。使用的时候，考虑是否加try...catch...或者使用exceptionally方法。

ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5L,
    TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(10));
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
      int a = 0;
      int b = 666;
      int c = b / a;
      return true;
   },executorService).thenAccept(System.out::println);
   
 //如果不加 get()方法这一行，看不到异常信息
 //future.get();

2. CompletableFuture的get()方法是阻塞的。

CompletableFuture的get()方法是阻塞的，如果使用它来获取异步调用的返回值，需要添加超时时间。

//反例
 CompletableFuture.get();
//正例
CompletableFuture.get(5, TimeUnit.SECONDS);

3. 默认线程池的注意点

CompletableFuture代码中又使用了默认的线程池，处理的线程个数是电脑CPU核数-1。在大量请求过来的时候，处理逻辑复杂的话，响应会很慢。一般建议使用自定义线程池，优化线程池配置参数。

4. 自定义线程池时，注意饱和策略

CompletableFuture的get()方法是阻塞的，我们一般建议使用 future.get(3, TimeUnit.SECONDS)。并且一般建议使用自定义线程池。

但是如果线程池拒绝策略是 DiscardPolicy或者 DiscardOldestPolicy，当线程池饱和时，会直接丢弃任务，不会抛弃异常。因此建议，CompletableFuture线程池策略最好使用AbortPolicy，然后耗时的异步线程，做好线程池隔离。

常用API

  • public T get()：获取计算结果， 该方法为阻塞方法会等待计算结果完成。
  • public T get(long timeout,TimeUnit unit)：有时间限制的阻塞方法。
  • public T getNow(T valueIfAbsent)立即获取方法结果，如果没有计算结束则返回传的值。
  • public T join()和 get() 方法类似也是主动阻塞线程，等待计算结果。和get() 方法有细微的差别。
  • public boolean complete(T value)：立即完成计算，并把结果设置为传的值，返回是否设置成功。
  • public boolean completeExceptionally(Throwable ex)：立即完成计算，并抛出异常。

链接：https://juejin.cn/post/6970558076642394142

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