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源 / 文/

前言

最近剛好使用CompeletableFuture優(yōu)化了項目中的代碼，所以跟大家一起學習CompletableFuture。

公眾號:撿田螺的小男孩

一個例子回顧 Future

因為CompletableFuture實現(xiàn)了Future接口，我們先來回顧Future吧。

Future是Java5新加的一個接口，它提供了一種異步并行計算的功能。如果主線程需要執(zhí)行一個很耗時的計算任務，我們就可以通過future把這個任務放到異步線程中執(zhí)行。主線程繼續(xù)處理其他任務，處理完成后，再通過Future獲取計算結(jié)果。

來看個簡單例子吧，假設我們有兩個任務服務，一個查詢用戶基本信息，一個是查詢用戶勛章信息。如下，

public class UserInfoService {

    public UserInfo getUserInfo(Long userId) throws InterruptedException {
        Thread.sleep(300);//模擬調(diào)用耗時
        return new UserInfo("666", "撿田螺的小男孩", 27); //一般是查數(shù)據(jù)庫，或者遠程調(diào)用返回的
    }
}

public class MedalService {

    public MedalInfo getMedalInfo(long userId) throws InterruptedException {
        Thread.sleep(500); //模擬調(diào)用耗時
        return new MedalInfo("666", "守護勛章");
    }
}

接下來，我們來演示下，在主線程中是如何使用Future來進行異步調(diào)用的。

public class FutureTest {

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

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

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

        //調(diào)用用戶服務獲取用戶基本信息
        FutureTask<UserInfo> userInfoFutureTask = new FutureTask<>(new Callable<UserInfo>() {
            @Override
            public UserInfo call() throws Exception {
                return userInfoService.getUserInfo(userId);
            }
        });
        executorService.submit(userInfoFutureTask);

        Thread.sleep(300); //模擬主線程其它操作耗時

        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();//獲取個人信息結(jié)果
        MedalInfo medalInfo = medalInfoFutureTask.get();//獲取勛章信息結(jié)果

        System.out.println("總共用時" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    }
}

運行結(jié)果:

總共用時806ms

如果我們不使用Future進行并行異步調(diào)用，而是在主線程串行進行的話，耗時大約為300+500+300 = 1100 ms?？梢园l(fā)現(xiàn)，future+線程池異步配合，提高了程序的執(zhí)行效率。

但是Future對于結(jié)果的獲取，不是很友好，只能通過阻塞或者輪詢的方式得到任務的結(jié)果。

Future.get() 就是阻塞調(diào)用，在線程獲取結(jié)果之前get方法會一直阻塞。
Future提供了一個isDone方法，可以在程序中輪詢這個方法查詢執(zhí)行結(jié)果。

阻塞的方式和異步編程的設計理念相違背，而輪詢的方式會耗費無謂的CPU資源。因此，JDK8設計出CompletableFuture。CompletableFuture提供了一種觀察者模式類似的機制，可以讓任務執(zhí)行完成后通知監(jiān)聽的一方。

一個例子走進CompletableFuture

我們還是基于以上Future的例子，改用CompletableFuture 來實現(xiàn)

public class FutureTest {

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

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

        //調(diào)用用戶服務獲取用戶基本信息
        CompletableFuture<UserInfo> completableUserInfoFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> userInfoService.getUserInfo(userId));

        Thread.sleep(300); //模擬主線程其它操作耗時

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

        UserInfo userInfo = completableUserInfoFuture.get(2,TimeUnit.SECONDS);//獲取個人信息結(jié)果
        MedalInfo medalInfo = completableMedalInfoFuture.get();//獲取勛章信息結(jié)果
        System.out.println("總共用時" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");

    }
}

可以發(fā)現(xiàn)，使用CompletableFuture，代碼簡潔了很多。CompletableFuture的supplyAsync方法，提供了異步執(zhí)行的功能，線程池也不用單獨創(chuàng)建了。實際上，它CompletableFuture使用了默認線程池是ForkJoinPool.commonPool。

CompletableFuture提供了幾十種方法，輔助我們的異步任務場景。這些方法包括創(chuàng)建異步任務、任務異步回調(diào)、多個任務組合處理等方面。我們一起來學習吧

CompletableFuture使用場景

創(chuàng)建異步任務

CompletableFuture創(chuàng)建異步任務，一般有supplyAsync和runAsync兩個方法

supplyAsync執(zhí)行CompletableFuture任務，支持返回值
runAsync執(zhí)行CompletableFuture任務，沒有返回值。

supplyAsync方法

//使用默認內(nèi)置線程池ForkJoinPool.commonPool()，根據(jù)supplier構(gòu)建執(zhí)行任務
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)
//自定義線程，根據(jù)supplier構(gòu)建執(zhí)行任務
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)

runAsync方法

//使用默認內(nèi)置線程池ForkJoinPool.commonPool()，根據(jù)runnable構(gòu)建執(zhí)行任務
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable) 
//自定義線程，根據(jù)runnable構(gòu)建執(zhí)行任務
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,  Executor executor)

實例代碼如下：

public class FutureTest {

    public static void main(String[] args) {
        //可以自定義線程池
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        //runAsync的使用
        CompletableFuture<Void> runFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> System.out.println("run,關注公眾號:撿田螺的小男孩"), executor);
        //supplyAsync的使用
        CompletableFuture<String> supplyFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                    System.out.print("supply,關注公眾號:撿田螺的小男孩");
                    return "撿田螺的小男孩"; }, executor);
        //runAsync的future沒有返回值，輸出null
        System.out.println(runFuture.join());
        //supplyAsync的future，有返回值
        System.out.println(supplyFuture.join());
        executor.shutdown(); // 線程池需要關閉
    }
}
//輸出
run,關注公眾號:撿田螺的小男孩
null
supply,關注公眾號:撿田螺的小男孩撿田螺的小男孩

任務異步回調(diào)

1. thenRun/thenRunAsync

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

CompletableFuture的thenRun方法，通俗點講就是，做完第一個任務后，再做第二個任務。某個任務執(zhí)行完成后，執(zhí)行回調(diào)方法；但是前后兩個任務沒有參數(shù)傳遞，第二個任務也沒有返回值

public class FutureThenRunTest {

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

        CompletableFuture<String> orgFuture = CompletableFuture.supplyAsync(
                ()->{
                    System.out.println("先執(zhí)行第一個CompletableFuture方法任務");
                    return "撿田螺的小男孩";
                }
        );

        CompletableFuture thenRunFuture = orgFuture.thenRun(() -> {
            System.out.println("接著執(zhí)行第二個任務");
        });

        System.out.println(thenRunFuture.get());
    }
}
//輸出
先執(zhí)行第一個CompletableFuture方法任務
接著執(zhí)行第二個任務
null

thenRun 和thenRunAsync有什么區(qū)別呢？可以看下源碼哈：

   private static final Executor asyncPool = useCommonPool ?
        ForkJoinPool.commonPool() : new ThreadPerTaskExecutor();
        
    public CompletableFuture<Void> thenRun(Runnable action) {
        return uniRunStage(null, action);
    }

    public CompletableFuture<Void> thenRunAsync(Runnable action) {
        return uniRunStage(asyncPool, action);
    }

如果你執(zhí)行第一個任務的時候，傳入了一個自定義線程池：

調(diào)用thenRun方法執(zhí)行第二個任務時，則第二個任務和第一個任務是共用同一個線程池。
調(diào)用thenRunAsync執(zhí)行第二個任務時，則第一個任務使用的是你自己傳入的線程池，第二個任務使用的是ForkJoin線程池

TIPS: 后面介紹的thenAccept和thenAcceptAsync，thenApply和thenApplyAsync等，它們之間的區(qū)別也是這個哈。

2.thenAccept/thenAcceptAsync

CompletableFuture的thenAccept方法表示，第一個任務執(zhí)行完成后，執(zhí)行第二個回調(diào)方法任務，會將該任務的執(zhí)行結(jié)果，作為入?yún)?，傳遞到回調(diào)方法中，但是回調(diào)方法是沒有返回值的。

public class FutureThenAcceptTest {

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

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

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

            System.out.println("先考慮考慮");
        });

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

3. thenApply/thenApplyAsync

CompletableFuture的thenApply方法表示，第一個任務執(zhí)行完成后，執(zhí)行第二個回調(diào)方法任務，會將該任務的執(zhí)行結(jié)果，作為入?yún)?，傳遞到回調(diào)方法中，并且回調(diào)方法是有返回值的。

public class FutureThenApplyTest {

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

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

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

            return "先考慮考慮";
        });

        System.out.println(thenApplyFuture.get());
    }
}
//輸出
原始CompletableFuture方法任務
關注了

4. exceptionally

CompletableFuture的exceptionally方法表示，某個任務執(zhí)行異常時，執(zhí)行的回調(diào)方法;并且有拋出異常作為參數(shù)，傳遞到回調(diào)方法。

public class FutureExceptionTest {

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

        CompletableFuture<String> orgFuture = CompletableFuture.supplyAsync(
                ()->{
                    System.out.println("當前線程名稱：" + Thread.currentThread().getName());
                    throw new RuntimeException();
                }
        );

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

        System.out.println(exceptionFuture.get());
    }
}
//輸出
當前線程名稱：ForkJoinPool.commonPool-worker-1
java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.RuntimeException
 at java.util.concurrent.CompletableFuture.encodeThrowable(CompletableFuture.java:273)
 at java.util.concurrent.CompletableFuture.completeThrowable(CompletableFuture.java:280)
 at java.util.concurrent.CompletableFuture$AsyncSupply.run(CompletableFuture.java:1592)
 at java.util.concurrent.CompletableFuture$AsyncSupply.exec(CompletableFuture.java:1582)
 at java.util.concurrent.ForkJoinTask.doExec(ForkJoinTask.java:289)
 at java.util.concurrent.ForkJoinPool$WorkQueue.runTask(ForkJoinPool.java:1056)
 at java.util.concurrent.ForkJoinPool.runWorker(ForkJoinPool.java:1692)
 at java.util.concurrent.ForkJoinWorkerThread.run(ForkJoinWorkerThread.java:157)
Caused by: java.lang.RuntimeException
 at cn.eovie.future.FutureWhenTest.lambda$main$0(FutureWhenTest.java:13)
 at java.util.concurrent.CompletableFuture$AsyncSupply.run(CompletableFuture.java:1590)
 ... 5 more
你的程序異常啦

5. whenComplete方法

CompletableFuture的whenComplete方法表示，某個任務執(zhí)行完成后，執(zhí)行的回調(diào)方法，無返回值；并且whenComplete方法返回的CompletableFuture的result是上個任務的結(jié)果。

public class FutureWhenTest {

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

        CompletableFuture<String> orgFuture = CompletableFuture.supplyAsync(
                ()->{
                    System.out.println("當前線程名稱：" + Thread.currentThread().getName());
                    try {
                        Thread.sleep(2000L);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    return "撿田螺的小男孩";
                }
        );

        CompletableFuture<String> rstFuture = orgFuture.whenComplete((a, throwable) -> {
            System.out.println("當前線程名稱：" + Thread.currentThread().getName());
            System.out.println("上個任務執(zhí)行完啦，還把" + a + "傳過來");
            if ("撿田螺的小男孩".equals(a)) {
                System.out.println("666");
            }
            System.out.println("233333");
        });

        System.out.println(rstFuture.get());
    }
}
//輸出
當前線程名稱：ForkJoinPool.commonPool-worker-1
當前線程名稱：ForkJoinPool.commonPool-worker-1
上個任務執(zhí)行完啦，還把撿田螺的小男孩傳過來
666
233333
撿田螺的小男孩

6. handle方法

CompletableFuture的handle方法表示，某個任務執(zhí)行完成后，執(zhí)行回調(diào)方法，并且是有返回值的;并且handle方法返回的CompletableFuture的result是回調(diào)方法執(zhí)行的結(jié)果。

public class FutureHandlerTest {

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

        CompletableFuture<String> orgFuture = CompletableFuture.supplyAsync(
                ()->{
                    System.out.println("當前線程名稱：" + Thread.currentThread().getName());
                    try {
                        Thread.sleep(2000L);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    return "撿田螺的小男孩";
                }
        );

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

            System.out.println("上個任務執(zhí)行完啦，還把" + a + "傳過來");
            if ("撿田螺的小男孩".equals(a)) {
                System.out.println("666");
                return "關注了";
            }
            System.out.println("233333");
            return null;
        });

        System.out.println(rstFuture.get());
    }
}
//輸出
當前線程名稱：ForkJoinPool.commonPool-worker-1
上個任務執(zhí)行完啦，還把撿田螺的小男孩傳過來
666
關注了

多個任務組合處理

AND組合關系

thenCombine / thenAcceptBoth / runAfterBoth都表示：將兩個CompletableFuture組合起來，只有這兩個都正常執(zhí)行完了，才會執(zhí)行某個任務。

區(qū)別在于：

thenCombine：會將兩個任務的執(zhí)行結(jié)果作為方法入?yún)?，傳遞到指定方法中，且有返回值
thenAcceptBoth: 會將兩個任務的執(zhí)行結(jié)果作為方法入?yún)?，傳遞到指定方法中，且無返回值
runAfterBoth 不會把執(zhí)行結(jié)果當做方法入?yún)?/strong>，且沒有返回值。

public class ThenCombineTest {

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

        CompletableFuture<String> first = CompletableFuture.completedFuture("第一個異步任務");
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
        CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
                //第二個異步任務
                .supplyAsync(() -> "第二個異步任務", executor)
                // (w, s) -> System.out.println(s) 是第三個任務
                .thenCombineAsync(first, (s, w) -> {
                    System.out.println(w);
                    System.out.println(s);
                    return "兩個異步任務的組合";
                }, executor);
        System.out.println(future.join());
        executor.shutdown();

    }
}
//輸出
第一個異步任務
第二個異步任務
兩個異步任務的組合

OR 組合的關系

applyToEither / acceptEither / runAfterEither 都表示：將兩個CompletableFuture組合起來，只要其中一個執(zhí)行完了,就會執(zhí)行某個任務。

區(qū)別在于：

applyToEither：會將已經(jīng)執(zhí)行完成的任務，作為方法入?yún)ⅲ瑐鬟f到指定方法中，且有返回值
acceptEither: 會將已經(jīng)執(zhí)行完成的任務，作為方法入?yún)?，傳遞到指定方法中，且無返回值
runAfterEither：不會把執(zhí)行結(jié)果當做方法入?yún)?，且沒有返回值。

public class AcceptEitherTest {
    public static void main(String[] args) {
        //第一個異步任務，休眠2秒，保證它執(zhí)行晚點
        CompletableFuture<String> first = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            try{

                Thread.sleep(2000L);
                System.out.println("執(zhí)行完第一個異步任務");}
                catch (Exception e){
                    return "第一個任務異常";
                }
            return "第一個異步任務";
        });
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture
                //第二個異步任務
                .supplyAsync(() -> {
                            System.out.println("執(zhí)行完第二個任務");
                            return "第二個任務";}
                , executor)
                //第三個任務
                .acceptEitherAsync(first, System.out::println, executor);

        executor.shutdown();
    }
}
//輸出
執(zhí)行完第二個任務
第二個任務

AllOf

所有任務都執(zhí)行完成后，才執(zhí)行 allOf返回的CompletableFuture。如果任意一個任務異常，allOf的CompletableFuture，執(zhí)行get方法，會拋出異常

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

        CompletableFuture<Void> a = CompletableFuture.runAsync(()->{
            System.out.println("我執(zhí)行完了");
        });
        CompletableFuture<Void> b = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("我也執(zhí)行完了");
        });
        CompletableFuture<Void> allOfFuture = CompletableFuture.allOf(a, b).whenComplete((m,k)->{
            System.out.println("finish");
        });
    }
}
//輸出
我執(zhí)行完了
我也執(zhí)行完了
finish

AnyOf

任意一個任務執(zhí)行完，就執(zhí)行anyOf返回的CompletableFuture。如果執(zhí)行的任務異常，anyOf的CompletableFuture，執(zhí)行get方法，會拋出異常

public class AnyOfFutureTest {
    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("我執(zhí)行完了");
        });
        CompletableFuture<Void> b = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("我也執(zhí)行完了");
        });
        CompletableFuture<Object> anyOfFuture = CompletableFuture.anyOf(a, b).whenComplete((m,k)->{
            System.out.println("finish");
//            return "撿田螺的小男孩";
        });
        anyOfFuture.join();
    }
}
//輸出
我也執(zhí)行完了
finish

thenCompose

thenCompose方法會在某個任務執(zhí)行完成后，將該任務的執(zhí)行結(jié)果,作為方法入?yún)?去執(zhí)行指定的方法。該方法會返回一個新的CompletableFuture實例

如果該CompletableFuture實例的result不為null，則返回一個基于該result新的CompletableFuture實例；
如果該CompletableFuture實例為null，然后就執(zhí)行這個新任務

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

        CompletableFuture<String> f = CompletableFuture.completedFuture("第一個任務");
        //第二個異步任務
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
                .supplyAsync(() -> "第二個任務", executor)
                .thenComposeAsync(data -> {
                    System.out.println(data); return f; //使用第一個任務作為返回
                }, executor);
        System.out.println(future.join());
        executor.shutdown();

    }
}
//輸出
第二個任務
第一個任務

CompletableFuture使用有哪些注意點

CompletableFuture 使我們的異步編程更加便利的、代碼更加優(yōu)雅的同時，我們也要關注下它，使用的一些注意點。

1. Future需要獲取返回值，才能獲取異常信息

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()方法這一行，看不到異常信息
 //future.get();

Future需要獲取返回值，才能獲取到異常信息。如果不加 get()/join()方法，看不到異常信息。小伙伴們使用的時候，注意一下哈,考慮是否加try...catch...或者使用exceptionally方法。

2. CompletableFuture的get()方法是阻塞的。

CompletableFuture的get()方法是阻塞的，如果使用它來獲取異步調(diào)用的返回值，需要添加超時時間~

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

3. 默認線程池的注意點

CompletableFuture代碼中又使用了默認的線程池，處理的線程個數(shù)是電腦CPU核數(shù)-1。在大量請求過來的時候，處理邏輯復雜的話，響應會很慢。一般建議使用自定義線程池，優(yōu)化線程池配置參數(shù)。

4. 自定義線程池時，注意飽和策略

CompletableFuture的get()方法是阻塞的，我們一般建議使用future.get(3, TimeUnit.SECONDS)。并且一般建議使用自定義線程池。

但是如果線程池拒絕策略是DiscardPolicy或者DiscardOldestPolicy，當線程池飽和時，會直接丟棄任務，不會拋棄異常。因此建議，CompletableFuture線程池策略最好使用AbortPolicy，然后耗時的異步線程，做好線程池隔離哈。

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