CompletableFuture异步编排

1.1 CompletableFuture介绍

Future 是 Java 5 添加的类，用来描述一个异步计算的结果。你可以使用 isDone 方法检查计算是否完成，或者使用 get 阻塞住调用线程，直到计算完成返回结果，你也可以使用 cancel 方法停止任务的执行。

虽然 Future 以及相关使用方法提供了异步执行任务的能力，但是对于结果的获取却是很不方便，只能通过阻塞或者轮询的方式得到任务的结果。阻塞的方式显然和我们的异步编程的初衷相违背，轮询的方式又会耗费无谓的 CPU 资源，而且也不能及时地得到计算结果，为什么不能用观察者设计模式当计算结果完成及时通知监听者呢？

很多语言，比如 Node.js，采用回调的方式实现异步编程。Java 的一些框架，比如 Netty，自己扩展了 Java 的 Future 接口，提供了 addListener 等多个扩展方法；Google guava 也提供了通用的扩展 Future；Scala 也提供了简单易用且功能强大的 Future/Promise 异步编程模式。

作为正统的Java类库，是不是应该做点什么，加强一下自身库的功能呢？

在 Java 8 中, 新增加了一个包含 50 个方法左右的类: CompletableFuture ，提供了非常强大的 Future 的扩展功能，可以帮助我们简化异步编程的复杂性，提供了函数式编程的能力，可以通过回调的方式处理计算结果，并且提供了转换和组合 CompletableFuture 的方法。
CompletableFuture 类实现了，Future ，接口，所以你还是可以像以前一样通过 get 方法阻塞或者轮询的方式获得结果，但是这种方式不推荐使用。

CompletableFuture 和 FutureTask 同属于 Future 接口的实现类，都可以获取线程的执行结果。

1.2 创建异步对象

CompletableFuture 提供了四个静态方法来创建一个异步操作。

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) 
1
2
3
4
5

没有指定 Executor 的方法会使用 ForkJoinPool.commonPool() 作为它的线程池执行异步代码。如果指定线程池，则使用指定的线程池运行。以下所有的方法都类同。

• runAsync方法不支持返回值。
• supplyAsync可以支持返回值。

1.3 计算完成时回调方法

当 CompletableFuture 的计算结果完成，或者抛出异常的时候，可以执行特定的 Action。

主要是下面的方法：

public CompletableFuture<T> whenComplete(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action) 
public CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action) 
public CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action, Executor executor) 
public CompletableFuture<T> exceptionally(Function<Throwable, ? extends T> fn) 
1
2
3
4

whenComplete 可以处理正常或异常的计算结果，exceptionally 处理异常情况。
BiConsumer 可以定义处理业务。
whenComplete 和 whenCompleteAsync 的区别：

• whenComplete：是执行当前任务的线程执行继续执行 whenComplete 的任务。
• whenCompleteAsync：是执行把 whenCompleteAsync 这个任务继续提交给线程池来进行执行。

方法不以 Async 结尾，意味着 Action 使用相同的线程执行，而 Async 可能会使用其他线程执行（如果是使用相同的线程池，也可能会被同一个线程选中执行）。

代码示例：

public class CompletableFutureDemo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Object>() {
            @Override
            public Object get() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t completableFuture");
                //int i = 10 / 0;
                return 1024;
            }
        }).whenComplete(new BiConsumer<Object, Throwable>() {
            @Override
            public void accept(Object o, Throwable throwable) {
                System.out.println("-------o=" + o.toString());
                System.out.println("-------throwable=" + throwable);
            }
        }).exceptionally(new Function<Throwable, Object>() {
            @Override
            public Object apply(Throwable throwable) {
                System.out.println("throwable=" + throwable);
                return 6666;
            }
        });
        System.out.println(future.get());
    }
}

// 运行结果
ForkJoinPool.commonPool-worker-9	 completableFuture
-------o=1024
-------throwable=null
1024
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

1.4 线程串行化与并行化方法

thenApply 方法：当一个线程依赖另一个线程时，获取上一个任务返回的结果，并返回当前任务的返回值。

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) 
1
2
3

thenAccept 方法：消费处理结果。接收任务的处理结果，并消费处理，无返回结果。

public CompletableFuture<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action)
public CompletableFuture<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action) 
public CompletableFuture<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action, Executor executor)
1
2
3

thenRun 方法：只要上面的任务执行完成，就开始执行thenRun，只是处理完任务后，执行 thenRun的后续操作。

public CompletableFuture<Void> thenRun(Runnable action) 
public CompletableFuture<Void> thenRunAsync(Runnable action) 
public CompletableFuture<Void> thenRunAsync(Runnable action, Executor executor)
1
2
3

带有 Async 默认是异步执行的。这里所谓的异步指的是不在当前线程内执行。

Function
T：上一个任务返回结果的类型
U：当前任务的返回值类型

代码演示：

public class CompletableFutureDemo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
            @Override
            public Integer get() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t completableFuture");
                //int i = 10 / 0;
                return 1024;
            }
        }).thenApply(new Function<Integer, Integer>() {
            @Override
            public Integer apply(Integer o) {
                System.out.println("thenApply方法，上次返回结果：" + o);
                return  o * 2;
            }
        }).whenComplete(new BiConsumer<Integer, Throwable>() {
            @Override
            public void accept(Integer o, Throwable throwable) {
                System.out.println("-------o=" + o);
                System.out.println("-------throwable=" + throwable);
            }
        }).exceptionally(new Function<Throwable, Integer>() {
            @Override
            public Integer apply(Throwable throwable) {
                System.out.println("throwable=" + throwable);
                return 6666;
            }
        });
        System.out.println(future.get());
    }
   
}

// 运行结果
ForkJoinPool.commonPool-worker-9	 completableFuture
thenApply方法，上次返回结果：1024
-------o=2048
-------throwable=null
2048
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39

测试：改变线程的睡眠时间，则会交替打印，则说明是并行执行。

public class CompletableFutureDemo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                50, 500, 30, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(10000));
        // 线程1执行返回的结果：hello
        CompletableFuture<String> futureA = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello");
        // 线程2 获取到线程1执行的结果
        CompletableFuture<Void> futureB = futureA.thenAcceptAsync((s) -> {
            delaySec(1);
            printCurrTime(s + " 第一个线程");
        }, threadPoolExecutor);

        CompletableFuture<Void> futureC = futureA.thenAcceptAsync((s) -> {
            delaySec(1);
            printCurrTime(s + " 第二个线程");
        }, threadPoolExecutor);

    }

    private static void printCurrTime(String str) {
        System.out.println(str);
    }

    private static void delaySec(int i) {
        try {
            Thread.sleep(i * 1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

// 运行结果
hello 第一个线程
hello 第二个线程
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

1.5 多任务组合

public static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs) 
public static CompletableFuture<Object> anyOf(CompletableFuture<?>... cfs) 
1
2

allOf：等待所有任务完成；
anyOf：只要有一个任务完成。