三、Java8的CompletableFuture，Java的多线程开发
1、CompletableFuture的常用方法
- 以后用到再加
runAsync() :开启异步（创建线程执行任务），无返回值 supplyAsync() :开启异步（创建线程执行任务），有返回值 thenApply() :然后应用，适用于有返回值的结果，拿着返回值再去处理。 exceptionally():用于处理异步任务执行过程中出现异常的情况的一个方法:返回默认值或者一个替代的 CompletableFuture 对象，从而避免系统的崩溃或异常处理的问题。 handle():类似exceptionally() get() :阻塞线程：主要可以： ①获取线程中的异常然后处理异常、②设置等待时间 join() :阻塞线程：推荐使用 join() 方法，因为它没有受到 interrupt 的干扰，不需要捕获异常，也不需要强制类型转换。他自己会抛出异常。 CompletableFuture.allOf() CompletableFuture.anyOf()
- get() 和 join() 方法区别？
- 都可以阻塞线程 —— 等所有任务都执行完了再执行后续代码。
CompletableFuture 中的 get() 和 join() 方法都用于获取异步任务的执行结果，但是在使用时需要注意以下几点区别： 1. 抛出异常的方式不同：如果异步任务执行过程中出现异常， get() 方法会抛出 ExecutionException 异常，而 join() 方法会抛出 CompletionException 异常，这两个异常都是继承自 RuntimeException 的。 2. 方法调用限制不同： join() 方法是不可以被中断的，一旦调用就必须等待任务执行完成才能返回结果；而 get() 方法可以在调用时设置等待的超时时间，如果超时还没有获取到结果，就会抛出 TimeoutException 异常。 3. 返回结果类型不同： get() 方法返回的是异步任务的执行结果，该结果是泛型类型 T 的，需要强制转换才能获取真正的结果；而 join() 方法返回的是异步任务的执行结果，该结果是泛型类型 T，不需要强制转换。 4. 推荐使用方式不同：推荐在 CompletableFuture 中使用 join() 方法，因为它没有受到 interrupt 的干扰，不需要捕获异常，也不需要强制类型转换。 综上所述， get() 方法和 join() 方法都是获取异步任务的执行结果，但是在使用时需要根据具体场景选择使用哪个方法。如果需要获取执行结果并且不希望被中断，推荐使用 join() 方法；如果需要控制等待时间或者需要捕获异常，则可以使用 get() 方法。
- anyOf() 和 allOf() 的区别？
CompletableFuture 是 Java 8 引入的一个强大的异步编程工具，它支持链式调用、组合和转换异步操作等功能。其中，anyOf 和 allOf 都是 CompletableFuture 的两个常用方法，它们的区别如下： 1. anyOf：任意一个 CompletableFuture 完成，它就会跟随这个 CompletableFuture 的结果完成，返回第一个完成的 CompletableFuture 的结果。 2. allOf：所有的 CompletableFuture 都完成时，它才会跟随它们的结果完成，返回一个空的 CompletableFuture。 简而言之，anyOf 和 allOf 的最大区别是：anyOf 任意一个 CompletableFuture 完成就跟着它的结果完成，而 allOf 所有的 CompletableFuture 完成才可以完成，并返回一个空的 CompletableFuture。 举例来说，如果有三个 CompletableFuture：f1、f2、f3，其中 f1 和 f2 可能会返回一个字符串，而 f3 可能会返回一个整数，那么： - anyOf(f1, f2, f3) 的结果是 f1、f2、f3 中任意一个 CompletableFuture 的结果； - allOf(f1, f2, f3) 的结果是一个空的 CompletableFuture，它的完成状态表示 f1、f2、f3 是否全部完成。 总之，anyOf 和 allOf 在实际使用中可以根据不同的需求来选择，它们都是 CompletableFuture 中非常强大的组合操作。
2、使用CompletableFuture
2.1、实体类准备
package com.cc.md.entity; import lombok.Data; /** * @author CC * @since 2023/5/24 0024 */ @Data public class UserCs { private String name; private Integer age; }
2.2、常用方式
- 无返回值推荐：开启多线程——无返回值的——阻塞：test06
@Resource(name = "myIoThreadPool") private ThreadPoolTaskExecutor myIoThreadPool; //CompletableFuture开启多线程——无返回值的 @Test public void test06() throws Exception { List> futures = new ArrayList<>(); //循环，模仿很多任务 for (int i = 0; i < 1000; i++) { int finalI = i; CompletableFuture future = CompletableFuture.runAsync(() -> { //第一批创建的线程数 log.info("打印：{}", finalI); //模仿io流耗时 try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } }, myIoThreadPool); futures.add(future); } //阻塞：多线程的任务执行。相当于多线程执行完了，再执行后面的代码 //如果不阻塞，上面的相当于异步执行了。 //阻塞方式1：可以获取返回的异常、设置等待时间 // futures.forEach(future -> { // try { // future.get(); // } catch (Exception e) { // throw new RuntimeException(e); // } // }); //阻塞方式2（推荐） CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[0])).get(); log.info("打印：都执行完了。。。"); }
- 有返回值推荐：开启多线程——有返回值的，返回一个新的List——阻塞——使用stream流的map：test09
- test07、test08 可以转化为 test09 (现在这个)
- 可以返回任务类型的值，不一定要返回下面的user对象。
@Resource(name = "myIoThreadPool") private ThreadPoolTaskExecutor myIoThreadPool; //CompletableFuture开启多线程——有返回值的，返回一个新的List——先有数据的情况——使用stream流的map //像这种，需要构建另一个数组的，相当于一个线程执行完了，会有返回值 //使用stream流的map + CompletableFuture.supplyAsync() @Test public void test09() throws Exception { //先获取数据，需要处理的任务。 List users = this.getUserCs(); //莫法处理任务 List> futures = users.stream() .map(user -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> { // 处理数据 user.setName(user.getName() + "-改"); log.info("打印-改：{}", user.getName()); // 其他的业务逻辑。。。 return user; }, myIoThreadPool)).collect(Collectors.toList()); //获取futures List endList = futures.stream() //阻塞所有线程 .map(CompletableFuture::join) //取age大于10的用户 .filter(user -> user.getAge() > 10) //按照age升序排序 .sorted(Comparator.comparing(UserCs::getAge)) .collect(Collectors.toList()); log.info("打印：都执行完了。。。{}", endList); }
2.3、异常处理
- exceptionally
- handle
//CompletableFuture 异常处理 @Test public void test10() throws Exception { //先获取数据，需要处理的任务。 List users = this.getUserCs(); //莫法处理任务 List> futures = users.stream() .map(user -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> { if (user.getAge() > 5){ int a = 1/0; } // 处理数据 user.setName(user.getName() + "-改"); log.info("打印-改：{}", user.getName()); // 其他的业务逻辑。。。 return user; }, myIoThreadPool) //处理异常方式1：返回默认值或者一个替代的 Future 对象，从而避免系统的崩溃或异常处理的问题。 .exceptionally(throwable -> { //可以直接获取user System.out.println("异常了：" + user); //处理异常的方法…… //1还可以进行业务处理……比如将异常数据存起来，然后导出…… //2返回默认值，如：user、null //return user; //3抛出异常 throw new RuntimeException(throwable.getMessage()); }) //处理异常方式2：类似exceptionally（不推荐） // .handle((userCs, throwable) -> { // System.out.println("handle：" + user); // if (throwable != null) { // // 处理异常 // log.error("处理用户信息出现异常，用户名为：" + user.getName(), throwable); // // 返回原始数据 // return userCs; // } else { // // 返回正常数据 // return userCs; // } // }) ) .collect(Collectors.toList()); //获取futures List endList = futures.stream() //阻塞所有线程 .map(CompletableFuture::join) //取age大于10的用户 .filter(user -> user.getAge() > 10) //按照age升序排序 .sorted(Comparator.comparing(UserCs::getAge)) .collect(Collectors.toList()); log.info("打印：都执行完了。。。{}", endList); }
2.4、CompletableFuture的使用测试
1、推荐使用：test03、test05、test09、test10、test11
2、test07、test08就是test09的前身。
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test01：获取当前电脑（服务器）的cpu核数
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test02：线程池原始的使用（不推荐直接这样用）
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test03：开启异步1 —— @Async
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test04：开启异步2 —— CompletableFuture.runAsync()
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test05：开启异步2的改造 —— CompletableFuture.runAsync() 和 supplyAsync() —— 阻塞所有异步方法，一起提交
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相当于开了3个线程去执行三个不同的方法，然后执行完后一起提交。
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test052：开启异步2的改造 —— 第一个任务执行完了，获取到返回值，给后面的执行，可以连写，也可以单写。 —— 阻塞线程：get、join
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test06：CompletableFuture开启多线程——无返回值的
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test07：CompletableFuture开启多线程——无返回值的——构建一个新List
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1、相当于多线程执行任务，然后把结果插入到List中 2、接收多线程的List必须是线程安全的，ArrayList线程不安全 线程安全的List —— CopyOnWriteArrayList 替代 ArrayList
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test08：CompletableFuture开启多线程——无返回值的——构建一个新List——先有数据的情况（基本和test07是一个方法）
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test09：CompletableFuture开启多线程——有返回值的，返回一个新的List——先有数据的情况——使用stream流的map
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test10：CompletableFuture 异常处理。相当于是 test09的增强，处理异常
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test11：CompletableFuture 异常处理：如果出现异常就舍弃任务。
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1、想了一下，出现异常后的任务确实没有执行下去了，任务不往下执行，怎么会发现异常呢？ 2、发现了异常任务也就完了。而且打印了异常，相当于返回了异常。 3、未发生异常的任务会执行完成。如果发生异常都返回空，最后舍弃空的，就得到任务执行成功的 CompletableFuture
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package com.cc.md; import com.cc.md.entity.UserCs; import com.cc.md.service.IAsyncService; import org.junit.jupiter.api.Test; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest; import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor; import javax.annotation.Resource; import java.util.*; import java.util.concurrent.CompletableFuture; import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList; import java.util.concurrent.ForkJoinPool; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.stream.Collectors; @SpringBootTest class Test01 { private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(Test01.class); @Resource(name = "myIoThreadPool") private ThreadPoolTaskExecutor myIoThreadPool; /** * 异步类 */ @Resource private IAsyncService asyncService; @Test void test01() { //获取当前jdk能调用的CPU个数（当前服务器的处理器个数） int i = Runtime.getRuntime().availableProcessors(); System.out.println(i); } //线程池原始的使用 @Test void test02() { try { for (int i = 0; i < 1000; i++) { int finalI = i; myIoThreadPool.submit(() -> { //第一批创建的线程数 log.info("打印：{}", finalI); //模仿io流耗时 try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } }); } }catch(Exception e){ throw new RuntimeException(e); }finally { myIoThreadPool.shutdown(); } } //开启异步1 —— @Async @Test public void test03() throws Exception { log.info("打印：{}", "异步测试的-主方法1"); asyncService.async1(); asyncService.async2(); //不会等待异步方法执行，直接返回前端数据 log.info("打印：{}", "异步测试的-主方法2"); } //开启异步2 —— CompletableFuture.runAsync() @Test public void test04() throws Exception { log.info("打印：{}", "异步测试的-主方法1"); CompletableFuture.runAsync(() -> { log.info("打印：{}", "异步方法1！"); //异步执行的代码，也可以是方法，该方法不用单独写到其他类中。 this.async2("异步方法1！-end"); }, myIoThreadPool); //不会等待异步方法执行，直接返回前端数据 log.info("打印：{}", "异步测试的-主方法2"); } //异步需要执行的方法，可以写在同一个类中。 private void async2(String msg) { //模仿io流耗时 try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } log.info("打印：{}", msg); } //开启异步2的改造 —— CompletableFuture.runAsync() 和 supplyAsync() —— 阻塞所有异步方法，一起提交 //相当于开了3个线程去执行三个不同的方法，然后执行完后一起提交。 @Test public void test05() throws Exception { log.info("打印：{}", "异步测试的-主方法1"); //异步执行1 CompletableFuture future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { log.info("打印：{}", "异步方法1！"); //异步执行的代码，也可以是方法，该方法不用单独写到其他类中。 this.async2("异步方法1-end"); return "异步方法1"; }, myIoThreadPool); //异步执行2 CompletableFuture future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { log.info("打印：{}", "异步方法2！"); //异步执行的代码，也可以是方法，该方法不用单独写到其他类中。 this.async2("异步方法2-end"); return "异步方法2"; }, myIoThreadPool); //异步执行3，不用我们自己的线程池 —— 用的就是系统自带的 ForkJoinPool 线程池 CompletableFuture future3 = CompletableFuture.runAsync(() -> { log.info("打印：{}", "异步方法3！"); //异步执行的代码，也可以是方法，该方法不用单独写到其他类中。 this.async2("异步方法3-end"); }); //阻塞所有异步方法，一起提交后才走下面的代码 CompletableFuture.allOf(future1, future2, future3).join(); log.info("打印：{}", "异步-阻塞-测试的-主方法2-end"); } //开启异步2的改造 —— 第一个任务执行完了，获取到返回值，给后面的执行，可以连写，也可以单写。 —— 阻塞线程：get、join // CompletableFuture 的 get 和 join 方法区别： // get：①可以获取线程中的异常、②设置等待时间 // join：推荐在 CompletableFuture 中使用 join() 方法，因为它没有受到 interrupt 的干扰，不需要捕获异常，也不需要强制类型转换。 @Test public void test052() throws Exception { log.info("打印：{}", "异步测试的-主方法1"); //异步执行1 CompletableFuture future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { log.info("打印：{}", "异步方法1！"); // 异步执行的代码，也可以是方法，该方法不用单独写到其他类中。 String str = "异步方法1-end"; this.async2(str); return str; }, myIoThreadPool); // 异步执行2 - 无返回值 —— 分开写的方式 CompletableFuture future2 = future1.thenAccept(str1 -> { log.info("打印：{}", "异步方法2！"); // 异步执行的代码，也可以是方法，该方法不用单独写到其他类中。 this.async2(String.format("%s-加-异步方法2！ - 无返回值 - ",str1)); }); // 异步执行3 - 有返回值 —— 分开写future1，连写future3方式 CompletableFuture future3 = future1.thenApply(str2 -> { log.info("打印：{}", "异步方法3！"); // 异步执行的代码，也可以是方法，该方法不用单独写到其他类中。 this.async2(String.format("%s-加-异步方法3！ - 有返回值 - ", str2)); return "异步执行3 - 有返回值 "; //连写的方式。 }).thenApply(str3 -> { String format = String.format("%s- end", str3); log.error("异步3然后应用 - {}", format); //返回后面的应用 return format; }); // 获取future3的返回值： //如果需要捕获异常、设置等待超时时间，则用get log.info("future3的返回值(不阻塞)：{}", future3.get()); // log.info("future3的返回值(不阻塞-设置等待时间，超时报错：TimeoutException)：{}", // future3.get(2, TimeUnit.SECONDS)); //推荐使用 join方法 // log.info("future3的返回值(阻塞)：{}", future3.join()); //阻塞所有异步方法，一起提交后才走下面的代码 CompletableFuture.allOf(future1, future2).join(); log.info("打印：{}", "异步-阻塞-测试的-主方法2-end"); } //CompletableFuture开启多线程——无返回值的 @Test public void test06() throws Exception { List> futures = new ArrayList<>(); //循环，模仿很多任务 for (int i = 0; i < 1000; i++) { int finalI = i; CompletableFuture future = CompletableFuture.runAsync(() -> { //第一批创建的线程数 log.info("打印：{}", finalI); //模仿io流耗时 try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } }, myIoThreadPool); futures.add(future); } //阻塞：多线程的任务执行。相当于多线程执行完了，再执行后面的代码 //如果不阻塞，上面的相当于异步执行了。 //阻塞方式1：可以获取返回的异常、设置等待时间 // futures.forEach(future -> { // try { // future.get(); // } catch (Exception e) { // throw new RuntimeException(e); // } // }); //阻塞方式2（推荐） CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[0])).get(); log.info("打印：都执行完了。。。"); } //CompletableFuture开启多线程——无返回值的——构建一个新List //相当于多线程执行任务，然后把结果插入到List中 //接收多线程的List必须是线程安全的，ArrayList线程不安全 //线程安全的List —— CopyOnWriteArrayList 替代 ArrayList @Test public void test07() throws Exception { List> futures = new ArrayList<>(); //存数据的List List addList = new CopyOnWriteArrayList<>(); //循环，模仿很多任务 for (int i = 0; i < 1000; i++) { int finalI = i; CompletableFuture future = CompletableFuture.runAsync(() -> { log.info("打印：{}", finalI); UserCs userCs = new UserCs(); userCs.setName(String.format("姓名-%s", finalI)); userCs.setAge(finalI); addList.add(userCs); }, myIoThreadPool); futures.add(future); } //阻塞 CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[0])).get(); //返回新的List：endList，取age大于10的用户 List endList = addList.stream() .filter(user -> user.getAge() > 10) //按照age升序排序 .sorted(Comparator.comparing(UserCs::getAge)) .collect(Collectors.toList()); log.info("打印：都执行完了。。。{}", endList); } //CompletableFuture开启多线程——无返回值的——构建一个新List——先有数据的情况 //用CopyOnWriteArrayList 替代 ArrayList接收 @Test public void test08() throws Exception { //先获取数据，需要处理的任务。 List users = this.getUserCs(); //开启多线程 List> futures = new ArrayList<>(); //存数据的List List addList = new CopyOnWriteArrayList<>(); //莫法处理任务 users.forEach(user -> { CompletableFuture future = CompletableFuture.runAsync(() -> { //添加数据 user.setName(user.getName() + "-改"); addList.add(user); log.info("打印-改：{}", user.getName()); //其他的业务逻辑。。。 }, myIoThreadPool); futures.add(future); }); //阻塞 CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[0])).get(); //返回新的List：endList List endList = addList.stream() .filter(user -> user.getAge() > 10) //按照age升序排序 .sorted(Comparator.comparing(UserCs::getAge)) .collect(Collectors.toList()); log.info("打印：都执行完了。。。{}", endList); } //CompletableFuture开启多线程——有返回值的，返回一个新的List——先有数据的情况——使用stream流的map //像这种，需要构建另一个数组的，相当于一个线程执行完了，会有返回值 //使用stream流的map + CompletableFuture.supplyAsync() @Test public void test09() throws Exception { //先获取数据，需要处理的任务。 List users = this.getUserCs(); //莫法处理任务 List> futures = users.stream() .map(user -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> { // 处理数据 user.setName(user.getName() + "-改"); log.info("打印-改：{}", user.getName()); // 其他的业务逻辑。。。 return user; }, myIoThreadPool)).collect(Collectors.toList()); //获取futures List endList = futures.stream() //阻塞所有线程 .map(CompletableFuture::join) //取age大于10的用户 .filter(user -> user.getAge() > 10) //按照age升序排序 .sorted(Comparator.comparing(UserCs::getAge)) .collect(Collectors.toList()); log.info("打印：都执行完了。。。{}", endList); } //基础数据 private List getUserCs() { List users = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 1000; i++) { UserCs userCs = new UserCs(); userCs.setName(String.format("姓名-%s", i)); userCs.setAge(i); users.add(userCs); } return users; } //CompletableFuture 异常处理 @Test public void test10() throws Exception { //先获取数据，需要处理的任务。 List users = this.getUserCs(); //莫法处理任务 List> futures = users.stream() .map(user -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> { if (user.getAge() > 5){ int a = 1/0; } // 处理数据 user.setName(user.getName() + "-改"); log.info("打印-改：{}", user.getName()); // 其他的业务逻辑。。。 return user; }, myIoThreadPool) //处理异常方式1：返回默认值或者一个替代的 Future 对象，从而避免系统的崩溃或异常处理的问题。 .exceptionally(throwable -> { //可以直接获取user System.out.println("异常了：" + user); //处理异常的方法…… //1还可以进行业务处理……比如将异常数据存起来，然后导出…… //2返回默认值，如：user、null //return user; //3抛出异常 throw new RuntimeException(throwable.getMessage()); }) //处理异常方式2：类似exceptionally（不推荐） // .handle((userCs, throwable) -> { // System.out.println("handle：" + user); // if (throwable != null) { // // 处理异常 // log.error("处理用户信息出现异常，用户名为：" + user.getName(), throwable); // // 返回原始数据 // return userCs; // } else { // // 返回正常数据 // return userCs; // } // }) ) .collect(Collectors.toList()); //获取futures List endList = futures.stream() //阻塞所有线程 .map(CompletableFuture::join) //取age大于10的用户 .filter(user -> user.getAge() > 10) //按照age升序排序 .sorted(Comparator.comparing(UserCs::getAge)) .collect(Collectors.toList()); log.info("打印：都执行完了。。。{}", endList); } //CompletableFuture 异常处理：如果出现异常就舍弃任务。 // 想了一下，出现异常后的任务确实没有执行下去了，任务不往下执行，怎么会发现异常呢？ // 发现了异常任务也就完了。而且打印了异常，相当于返回了异常。 // 未发生异常的任务会执行完成。如果发生异常都返回空，最后舍弃空的，就得到任务执行成功的 CompletableFuture @Test public void test11() { List users = getUserCs(); List> futures = users.stream() .map(user -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> { if (user.getAge() > 15) { int a = 1 / 0; } user.setName(user.getName() + "-改"); log.info("打印-改：{}", user.getName()); return user; }, myIoThreadPool) //处理异常 .exceptionally(throwable -> { //其他处理异常的逻辑 return null; }) ) //舍弃返回的对象是null的 CompletableFuture .filter(e -> Objects.nonNull(e.join())).collect(Collectors.toList()); //获取futures List endList = futures.stream() //阻塞所有线程 .map(CompletableFuture::join) //取age大于10的用户 .filter(user -> user.getAge() > 10) //按照age升序排序 .sorted(Comparator.comparing(UserCs::getAge)) .collect(Collectors.toList()); log.info("打印：都执行完了。。。{}", endList); } }