「并發(fā)編程專題」教你如何使用異步神器CompletableFuture

前提概要

在java8以前铜跑，我們使用java的多線程編程,一般是通過Runnable中的run方法來完成,這種方式湿右，有個(gè)很明顯的缺點(diǎn),就是，沒有返回值芜抒。這時(shí)候珍策，大家可能會(huì)去嘗試使用Callable中的call方法，然后用Future返回結(jié)果宅倒，如下:

public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        Future<String> stringFuture = executor.submit(new Callable<String>() {
            @Override
            public String call() throws Exception {
                Thread.sleep(2000);
                return "async thread";
            }
        });
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("main thread");
        System.out.println(stringFuture.get());
}

通過觀察控制臺(tái),我們發(fā)現(xiàn)先打印 main thread ,一秒后打印 async thread攘宙，似乎能滿足我們的需求。但仔細(xì)想我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題拐迁，當(dāng)調(diào)用future的get()方法時(shí)蹭劈，當(dāng)前主線程是堵塞的，這好像并不是我們想看到的线召。
另一種獲取返回結(jié)果的方式是先輪詢,可以調(diào)用isDone链方，等完成再獲取，但這也不能讓我們滿意.

1.很多個(gè)異步線程執(zhí)行時(shí)間可能不一致,我的主線程業(yè)務(wù)不能一直等著,這時(shí)候我可能會(huì)想要只等最快的線程執(zhí)行完或者最重要的那個(gè)任務(wù)執(zhí)行完,亦或者我只等1秒鐘,至于沒返回結(jié)果的線程我就用默認(rèn)值代替.

2.我兩個(gè)異步任務(wù)之間執(zhí)行獨(dú)立,但是第二個(gè)依賴第一個(gè)的執(zhí)行結(jié)果.

java8的CompletableFuture,就在這混亂且不完美的多線程江湖中閃亮登場(chǎng)了.CompletableFuture讓Future的功能和使用場(chǎng)景得到極大的完善和擴(kuò)展,提供了函數(shù)式編程能力,使代碼更加美觀優(yōu)雅,而且可以通過回調(diào)的方式計(jì)算處理結(jié)果,對(duì)異常處理也有了更好的處理手段.

CompletableFuture源碼中有四個(gè)靜態(tài)方法用來執(zhí)行異步任務(wù):

創(chuàng)建任務(wù)

public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier){..}
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier,Executor executor){..}
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable){..}
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,Executor executor){..}

如果有多線程的基礎(chǔ)知識(shí)灶搜，我們很容易看出，run開頭的兩個(gè)方法工窍，用于執(zhí)行沒有返回值的任務(wù)割卖，因?yàn)樗娜雲(yún)⑹荝unnable對(duì)象。
而supply開頭的方法顯然是執(zhí)行有返回值的任務(wù)了患雏，至于方法的入?yún)⑴羲荩绻麤]有傳入Executor對(duì)象將會(huì)使用ForkJoinPool.commonPool() 作為它的線程池執(zhí)行異步代碼.在實(shí)際使用中,一般我們使用自己創(chuàng)建的線程池對(duì)象來作為參數(shù)傳入使用，這樣速度會(huì)快些.

執(zhí)行異步任務(wù)的方式也很簡(jiǎn)單,只需要使用上述方法就可以了:

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
　　　　//....執(zhí)行任務(wù)
　　　　return "hello";
}, executor)

接下來看一下獲取執(zhí)行結(jié)果的幾個(gè)方法淹仑。

V get();
V get(long timeout,Timeout unit);
T getNow(T defaultValue);
T join();

上面兩個(gè)方法是Future中的實(shí)現(xiàn)方式丙挽，get()會(huì)堵塞當(dāng)前的線程，這就造成了一個(gè)問題,如果執(zhí)行線程遲遲沒有返回?cái)?shù)據(jù),get()會(huì)一直等待下去,因此,第二個(gè)get()方法可以設(shè)置等待的時(shí)間.
getNow()方法比較有意思匀借，表示當(dāng)有了返回結(jié)果時(shí)會(huì)返回結(jié)果颜阐，如果異步線程拋了異常會(huì)返回自己設(shè)置的默認(rèn)值.

接下來以一些場(chǎng)景的實(shí)例來介紹一下CompletableFuture中其他一些常用的方法

thenAccept()
public CompletionStage<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action);
public CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action);
public CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action,Executor executor);

功能：當(dāng)前任務(wù)正常完成以后執(zhí)行，當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果可以作為下一任務(wù)的輸入?yún)?shù)吓肋，無返回值.
場(chǎng)景：執(zhí)行任務(wù)A,同時(shí)異步執(zhí)行任務(wù)B凳怨，待任務(wù)B正常返回后，B的返回值執(zhí)行任務(wù)C是鬼，任務(wù)C無返回值

CompletableFuture<String> futureA = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "任務(wù)A");
CompletableFuture<String> futureB = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "任務(wù)B");
CompletableFuture<String> futureC = futureB.thenApply(b -> {
      System.out.println("執(zhí)行任務(wù)C.");
      System.out.println("參數(shù):" + b);//參數(shù):任務(wù)B
      return "a";
});
thenRun(..)
public CompletionStage<Void> thenRun(Runnable action);
public CompletionStage<Void> thenRunAsync(Runnable action);
public CompletionStage<Void> thenRunAsync(Runnable action,Executor executor);

功能：對(duì)不關(guān)心上一步的計(jì)算結(jié)果肤舞，執(zhí)行下一個(gè)操作
場(chǎng)景：執(zhí)行任務(wù)A,任務(wù)A執(zhí)行完以后,執(zhí)行任務(wù)B,任務(wù)B不接受任務(wù)A的返回值(不管A有沒有返回值),也無返回值

CompletableFuture<String> futureA = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "任務(wù)A");
futureA.thenRun(() -> System.out.println("執(zhí)行任務(wù)B"));
thenApply(..)
public <U> CompletableFuture<U> thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)
public <U> CompletableFuture<U> thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn)
public <U> CompletableFuture<U>  thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn, Executor executor)

功能：當(dāng)前任務(wù)正常完成以后執(zhí)行，當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行的結(jié)果會(huì)作為下一任務(wù)的輸入?yún)?shù),有返回值
場(chǎng)景：多個(gè)任務(wù)串聯(lián)執(zhí)行,下一個(gè)任務(wù)的執(zhí)行依賴上一個(gè)任務(wù)的結(jié)果,每個(gè)任務(wù)都有輸入和輸出
異步執(zhí)行任務(wù)A均蜜，當(dāng)任務(wù)A完成時(shí)使用A的返回結(jié)果resultA作為入?yún)⑦M(jìn)行任務(wù)B的處理李剖，可實(shí)現(xiàn)任意多個(gè)任務(wù)的串聯(lián)執(zhí)行

CompletableFuture<String> futureA = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello");
CompletableFuture<String> futureB = futureA.thenApply(s->s + " world");
CompletableFuture<String> future3 = futureB.thenApply(String::toUpperCase);
System.out.println(future3.join());

上面的代碼，我們當(dāng)然可以先調(diào)用future.join()先得到任務(wù)A的返回值,然后再拿返回值做入?yún)⑷?zhí)行任務(wù)B,而thenApply的存在就在于幫我簡(jiǎn)化了這一步,我們不必因?yàn)榈却粋€(gè)計(jì)算完成而一直阻塞著調(diào)用線程囤耳，而是告訴CompletableFuture你啥時(shí)候執(zhí)行完就啥時(shí)候進(jìn)行下一步. 就把多個(gè)任務(wù)串聯(lián)起來了.

thenCombine(..)  thenAcceptBoth(..)  runAfterBoth(..)
public <U,V> CompletableFuture<V>  thenCombine(CompletionStage<? extends U> other, BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn)
public <U,V> CompletableFuture<V>  thenCombineAsync(CompletionStage<? extends U> other, BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn)
public <U,V> CompletableFuture<V>  thenCombineAsync(CompletionStage<? extends U> other, BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn, Executor executor)

功能：結(jié)合兩個(gè)CompletionStage的結(jié)果篙顺，進(jìn)行轉(zhuǎn)化后返回
場(chǎng)景：需要根據(jù)商品id查詢商品的當(dāng)前價(jià)格,分兩步,查詢商品的原始價(jià)格和折扣,這兩個(gè)查詢相互獨(dú)立,當(dāng)都查出來的時(shí)候用原始價(jià)格乘折扣,算出當(dāng)前價(jià)格. 使用方法:thenCombine(..)

CompletableFuture<Double> futurePrice = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 100d);
 CompletableFuture<Double> futureDiscount = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 0.8);
 CompletableFuture<Double> futureResult = futurePrice.thenCombine(futureDiscount, (price, discount) -> price * discount);
 System.out.println("最終價(jià)格為:" + futureResult.join()); //最終價(jià)格為:80.0

thenCombine(..)是結(jié)合兩個(gè)任務(wù)的返回值進(jìn)行轉(zhuǎn)化后再返回,那如果不需要返回呢,那就需要
thenAcceptBoth(..),同理,如果連兩個(gè)任務(wù)的返回值也不關(guān)心呢,那就需要runAfterBoth了,如果理解了上面三個(gè)方法,thenApply,thenAccept,thenRun,這里就不需要單獨(dú)再提這兩個(gè)方法了,只在這里提一下.

thenCompose(..)
public <U> CompletableFuture<U>  thenCompose(Function<? super T,? extends CompletionStage<U>> fn)
public <U> CompletableFuture<U>  thenComposeAsync(Function<? super T,? extends CompletionStage<U>> fn)
public <U> CompletableFuture<U>  thenComposeAsync(Function<? super T,? extends CompletionStage<U>> fn, Executor executor)

功能：這個(gè)方法接收的輸入是當(dāng)前的CompletableFuture的計(jì)算值偶芍，返回結(jié)果將是一個(gè)新的CompletableFuture

這個(gè)方法和thenApply非常像,都是接受上一個(gè)任務(wù)的結(jié)果作為入?yún)?執(zhí)行自己的操作,然后返回.那具體有什么區(qū)別呢?

thenApply():它的功能相當(dāng)于將CompletableFuture 轉(zhuǎn)換成CompletableFuture ,改變的是同一個(gè)CompletableFuture中的泛型類型
thenCompose():用來連接兩個(gè)CompletableFuture，返回值是一個(gè)新的CompletableFuture

 CompletableFuture<String> futureA = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello");
CompletableFuture<String> futureB = futureA.thenCompose(s -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> s + "world"));
CompletableFuture<String> future3 = futureB.thenCompose(s -> CompletableFuture.supplyAsync(s::toUpperCase));
System.out.println(future3.join());

applyToEither(..)  acceptEither(..)  runAfterEither(..)
public <U> CompletionStage<U> applyToEither(CompletionStage<? extends T> other,Function<? super T, U> fn);
public <U> CompletionStage<U> applyToEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other,Function<? super T, U> fn);
public <U> CompletionStage<U> applyToEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other,Function<? super T, U> fn,Executor executor);

功能:執(zhí)行兩個(gè)CompletionStage的結(jié)果,那個(gè)先執(zhí)行完了,就是用哪個(gè)的返回值進(jìn)行下一步操作
場(chǎng)景:假設(shè)查詢商品a,有兩種方式,A和B,但是A和B的執(zhí)行速度不一樣,我們希望哪個(gè)先返回就用那個(gè)的返回值.

CompletableFuture<String> futureA = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "通過方式A獲取商品a";
        });
CompletableFuture<String> futureB = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "通過方式B獲取商品a";
        });

CompletableFuture<String> futureC = futureA.applyToEither(futureB, product -> "結(jié)果:" + product);
System.out.println(futureC.join()); //結(jié)果:通過方式A獲取商品a

同樣的道理,applyToEither的兄弟方法還有acceptEither(),runAfterEither(),我想不需要我解釋你也知道該怎么用了.

exceptionally(..)
public CompletionStage<T> exceptionally(Function<Throwable, ? extends T> fn);

功能:當(dāng)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí),調(diào)用該方法可進(jìn)行一些補(bǔ)償操作,如設(shè)置默認(rèn)值.
場(chǎng)景:異步執(zhí)行任務(wù)A獲取結(jié)果,如果任務(wù)A執(zhí)行過程中拋出異常,則使用默認(rèn)值100返回.

CompletableFuture<String> futureA = CompletableFuture.
                supplyAsync(() -> "執(zhí)行結(jié)果:" + (100 / 0))
                .thenApply(s -> "futureA result:" + s)
                .exceptionally(e -> {
                    System.out.println(e.getMessage()); //java.lang.ArithmeticException: / by zero
                    return "futureA result: 100";
                });
CompletableFuture<String> futureB = CompletableFuture.
                supplyAsync(() -> "執(zhí)行結(jié)果:" + 50)
                .thenApply(s -> "futureB result:" + s)
                .exceptionally(e -> "futureB result: 100");
System.out.println(futureA.join());//futureA result: 100
System.out.println(futureB.join());//futureB result:執(zhí)行結(jié)果:50

上面代碼展示了正常流程和出現(xiàn)異常的情況,可以理解成catch,根據(jù)返回值可以體會(huì)下.

whenComplete(..)
public CompletionStage<T> whenComplete(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action);
public CompletionStage<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action);
public CompletionStage<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action,Executor executor);

功能:當(dāng)CompletableFuture的計(jì)算結(jié)果完成慰安，或者拋出異常的時(shí)候腋寨，都可以進(jìn)入whenComplete方法執(zhí)行,舉個(gè)栗子

CompletableFuture<String> futureA = CompletableFuture.
                supplyAsync(() -> "執(zhí)行結(jié)果:" + (100 / 0))
                .thenApply(s -> "apply result:" + s)
                .whenComplete((s, e) -> {
                    if (s != null) {
                        System.out.println(s);//未執(zhí)行
                    }
                    if (e == null) {
                        System.out.println(s);//未執(zhí)行
                    } else {
                        System.out.println(e.getMessage());//java.lang.ArithmeticException: / by zero
                    }
                })
                .exceptionally(e -> {
                    System.out.println("ex"+e.getMessage()); //ex:java.lang.ArithmeticException: / by zero
　　　　　　　　　　　  return "futureA result: 100"; }); 
System.out.println(futureA.join());//futureA result: 100

根據(jù)控制臺(tái),我們可以看出執(zhí)行流程是這樣,supplyAsync->whenComplete->exceptionally,可以看出并沒有進(jìn)入thenApply執(zhí)行,原因也顯而易見,在supplyAsync中出現(xiàn)了異常,thenApply只有當(dāng)正常返回時(shí)才會(huì)去執(zhí)行.而whenComplete不管是否正常執(zhí)行,還要注意一點(diǎn),whenComplete是沒有返回值的.

上面代碼我們使用了函數(shù)式的編程風(fēng)格并且先調(diào)用whenComplete再調(diào)用exceptionally,如果我們先調(diào)用exceptionally,再調(diào)用whenComplete會(huì)發(fā)生什么呢,我們看一下:

CompletableFuture
futureA = CompletableFuture.

supplyAsync(() -> "執(zhí)行結(jié)果:" + (100 / 0))

.thenApply(s -> "apply result:" + s)

.exceptionally(e -> {

System.out.println("ex:"+e.getMessage()); //ex:java.lang.ArithmeticException: / by zero

return "futureA result: 100";

})

.whenComplete((s, e) -> {

if (e == null) {

System.out.println(s);//futureA result: 100

} else {

System.out.println(e.getMessage());//未執(zhí)行

}

})

;

System.out.println(futureA.join());//futureA result: 100

代碼先執(zhí)行了exceptionally后執(zhí)行whenComplete,可以發(fā)現(xiàn),由于在exceptionally中對(duì)異常進(jìn)行了處理,并返回了默認(rèn)值,whenComplete中接收到的結(jié)果是一個(gè)正常的結(jié)果,被exceptionally美化過的結(jié)果,這一點(diǎn)需要留意一下.

handle(..)
public <U> CompletionStage<U> handle(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn);
public <U> CompletionStage<U> handleAsync(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn);
public <U> CompletionStage<U> handleAsync(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn,Executor executor);

功能:當(dāng)CompletableFuture的計(jì)算結(jié)果完成，或者拋出異常的時(shí)候化焕，可以通過handle方法對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理

CompletableFuture<String> futureA = CompletableFuture.
                supplyAsync(() -> "執(zhí)行結(jié)果:" + (100 / 0))
                .thenApply(s -> "apply result:" + s)
                .exceptionally(e -> {
                    System.out.println("ex:" + e.getMessage()); //java.lang.ArithmeticException: / by zero
                    return "futureA result: 100";
                })
                .handle((s, e) -> {
                    if (e == null) {
                        System.out.println(s);//futureA result: 100
                    } else {
                        System.out.println(e.getMessage());//未執(zhí)行
                    }
                    return "handle result:" + (s == null ? "500" : s);
                });
System.out.println(futureA.join());//handle result:futureA result: 100

通過控制臺(tái),我們可以看出,最后打印的是handle result:futureA result: 100,執(zhí)行exceptionally后對(duì)異常進(jìn)行了"美化",返回了默認(rèn)值,那么handle得到的就是一個(gè)正常的返回,我們?cè)僭囅?先調(diào)用handle再調(diào)用exceptionally的情況.

CompletableFuture<String> futureA = CompletableFuture.
                supplyAsync(() -> "執(zhí)行結(jié)果:" + (100 / 0))
                .thenApply(s -> "apply result:" + s)
                .handle((s, e) -> {
                    if (e == null) {
                        System.out.println(s);//未執(zhí)行
                    } else {
                        System.out.println(e.getMessage());//java.lang.ArithmeticException: / by zero
                    }
                    return "handle result:" + (s == null ? "500" : s);
                })
                .exceptionally(e -> {
                    System.out.println("ex:" + e.getMessage()); //未執(zhí)行
                    return "futureA result: 100";
                });
System.out.println(futureA.join());//handle result:500

根據(jù)控制臺(tái)輸出,可以看到先執(zhí)行handle,打印了異常信息,并對(duì)接過設(shè)置了默認(rèn)值500,exceptionally并沒有執(zhí)行,因?yàn)樗玫降氖莌andle返回給它的值,由此我們大概推測(cè)handle和whenComplete的區(qū)別

1.都是對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理,handle有返回值,whenComplete沒有返回值
2.由于1的存在,使得handle多了一個(gè)特性,可在handle里實(shí)現(xiàn)exceptionally的功能

allOf(..)  anyOf(..)
public static CompletableFuture<Void>  allOf(CompletableFuture<?>... cfs)
public static CompletableFuture<Object>  anyOf(CompletableFuture<?>... cfs)

allOf:當(dāng)所有的CompletableFuture都執(zhí)行完后執(zhí)行計(jì)算
anyOf:最快的那個(gè)CompletableFuture執(zhí)行完之后執(zhí)行計(jì)算
場(chǎng)景二:查詢一個(gè)商品詳情,需要分別去查商品信息,賣家信息,庫存信息,訂單信息等,這些查詢相互獨(dú)立,在不同的服務(wù)上,假設(shè)每個(gè)查詢都需要一到兩秒鐘,要求總體查詢時(shí)間小于2秒.

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

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);

        long start = System.currentTimeMillis();
        CompletableFuture<String> futureA = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000 + RandomUtils.nextInt(1000));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "商品詳情";
        },executorService);

        CompletableFuture<String> futureB = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000 + RandomUtils.nextInt(1000));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "賣家信息";
        },executorService);

        CompletableFuture<String> futureC = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000 + RandomUtils.nextInt(1000));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "庫存信息";
        },executorService);

        CompletableFuture<String> futureD = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000 + RandomUtils.nextInt(1000));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "訂單信息";
        },executorService);

        CompletableFuture<Void> allFuture = CompletableFuture.allOf(futureA, futureB, futureC, futureD);
        allFuture.join();

        System.out.println(futureA.join() + futureB.join() + futureC.join() + futureD.join());
        System.out.println("總耗時(shí):" + (System.currentTimeMillis() - start));
    }

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