CompletableFuture使用详解

标签：System 任务 详解 CompletableFuture 使用 println 线程 out

文章目录

• 一、创建 CompletableFuture
• • 1.1 new 关键字
  • 1.2 静态工厂方法
• 二、创建异步任务
• • 2.1 supplyAsync
  • 2.2 runAsync
  • 2.3 获取任务结果的方法
• 三、异步回调处理
• • 3.1 thenApply和thenApplyAsync
  • 3.2 thenAccept和thenAcceptAsync
  • 3.3 thenRun和thenRunAsync
  • 3.4 whenComplete和whenCompleteAsync
  • 3.5 handle和handleAsync
  • 3.6 有无Async的区别
• 四、多任务组合处理
• • 4.1 AND组合关系
  • 4.2 OR 组合的关系
  • 4.3 AllOf
  • 4.4 AnyOf
  • 4.5 thenCompose
• 五、使用注意点
• • 5.1 Future需要获取返回值，才能获取异常信息
  • 5.2 CompletableFuture的get()方法是阻塞的
  • 5.3 默认线程池的注意点
  • 5.4 自定义线程池时，注意饱和策略

CompletableFuture是jdk8的新特性。CompletableFuture实现了CompletionStage接口和Future接口，前者是对后者的一个扩展，增加了异步会点、流式处理、多个Future组合处理的能力，使Java在处理多任务的协同工作时更加顺畅便利。

Future接口请看Future详解
CompletionStage 接口中的方法比较多，CompletableFuture 的函数式能力就是这个接口赋予的。从这个接口的方法参数你就可以发现其大量使用了 Java8 引入的函数式编程。

CompletableFuture有如下使用场景:

• 创建异步任务
• 简单任务异步回调
• 多个任务组合处理

一、创建 CompletableFuture

常见的创建 CompletableFuture 对象的方法如下：

• 通过 new 关键字
• 基于 CompletableFuture 自带的静态工厂方法：runAsync()、supplyAsync()

1.1 new 关键字

通过 new 关键字创建 CompletableFuture 对象这种使用方式可以看作将CompletableFuture当做 Future 来使用。下面咱们来看一个简单的案例。

CompletableFuture<String> resultFuture = new CompletableFuture<>();

// 假设在未来的某个时刻，我们得到了最终的结果。
//这时，我们可以调用 complete() 方法为其传入结果，
//这表示 resultFuture 已经被完成了。complete() 方法只能调用一次，后续调用将被忽略。
resultFuture.complete(rpcResponse);

//获取异步计算的结果也非常简单，直接调用 get() 方法即可。
//调用 get() 方法的线程会阻塞直到 CompletableFuture 完成运算。
rpcResponse = completableFuture.get();

1.2 静态工厂方法

如果你已经知道计算的结果的话，可以使用静态方法 completedFuture() 来创建 CompletableFuture

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.completedFuture("hello!");
assertEquals("hello!", future.get());

completedFuture() 方法底层调用的是带参数的 new方法，只不过，这个方法不对外暴露。

public static <U> CompletableFuture<U> completedFuture(U value) {
    return new CompletableFuture<U>((value == null) ? NIL : value);
}

二、创建异步任务

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

2.1 supplyAsync

supplyAsync是创建带有返回值的异步任务。它有如下两个方法，一个是使用默认线程池（ForkJoinPool.commonPool()）的方法，一个是带有自定义线程池的重载方法

// 带返回值异步请求，默认线程池
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)
 
// 带返回值的异步请求，可以自定义线程池
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)
 

演示代码(以supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor为例):

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 自定义线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        CompletableFuture<String> cf = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("do something....");
            return "result";
        }, executorService);
 
        //等待子任务执行完成get()会阻塞,join()不会
        System.out.println("结果->" + cf.get());
}

2.2 runAsync

runAsync是创建没有返回值的异步任务。它有如下两个方法，一个是使用默认线程池（ForkJoinPool.commonPool()）的方法，一个是带有自定义线程池的重载方法

// 不带返回值的异步请求，默认线程池
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable)
 
// 不带返回值的异步请求，可以自定义线程池
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable, Executor executor)

示例代码:

public class FutureTest {

    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,hello"), executor);
        //supplyAsync的使用
        CompletableFuture<String> supplyFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                    System.out.print("supply,hello");
                    return "hello"; }, 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
    }
}

2.3 获取任务结果的方法

// 如果完成则返回结果，否则就抛出具体的异常
public T get() throws InterruptedException, ExecutionException 
 
// 最大时间等待返回结果，否则就抛出具体异常
public T get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException
 
// 完成时返回结果值，否则抛出unchecked异常。为了更好地符合通用函数形式的使用，如果完成此 CompletableFuture所涉及的计算引发异常，则此方法将引发unchecked异常并将底层异常作为其原因
public T join()
 
// 如果完成则返回结果值（或抛出任何遇到的异常），否则返回给定的 valueIfAbsent。
public T getNow(T valueIfAbsent)
 
// 如果任务没有完成，返回的值设置为给定值
public boolean complete(T value)
 
// 如果任务没有完成，就抛出给定异常
public boolean completeExceptionally(Throwable ex) 
 

三、异步回调处理

3.1 thenApply和thenApplyAsync

thenApply 表示某个任务执行完成后执行的动作，即回调方法，会将该任务的执行结果即方法返回值作为入参传递到回调方法中，带有返回值。
示例代码:

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
            return 1;
        });
 
        CompletableFuture<Integer> cf2 = cf1.thenApplyAsync((result) -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....");
            result += 2;
            return result;
        });
        //等待任务1执行完成
        System.out.println("cf1结果->" + cf1.get());
        //等待任务2执行完成
        System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());
}

//输出
先执行cf1再执行cf2
cf1结果->1
cf2结果->3

3.2 thenAccept和thenAcceptAsync

thenAccep表示某个任务执行完成后执行的动作，即回调方法，会将该任务的执行结果即方法返回值作为入参传递到回调方法中，无返回值。

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
            return 1;
        });
 
        CompletableFuture<Void> cf2 = cf1.thenAccept((result) -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....");
        });
 
        //等待任务1执行完成
        System.out.println("cf1结果->" + cf1.get());
        //等待任务2执行完成
        System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());
//输出
cf1结果->1
cf2结果->null

3.3 thenRun和thenRunAsync

thenRun表示某个任务执行完成后执行的动作，即回调方法，无入参，无返回值。

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
            return 1;
        });
 
        CompletableFuture<Void> cf2 = cf1.thenRun(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....");
        });
 
        //等待任务1执行完成
        System.out.println("cf1结果->" + cf1.get());
        //等待任务2执行完成
        System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());
}


//输出
cf1结果->1
cf2结果->null

3.4 whenComplete和whenCompleteAsync

whenComplete是当某个任务执行完成后执行的回调方法，会将执行结果或者执行期间抛出的异常传递给回调方法，如果是正常执行则异常为null，回调方法对应的CompletableFuture的result和该任务一致，如果该任务正常执行，则get方法返回执行结果，如果是执行异常，则get方法抛出异常。

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
            int a = 1/0;
            return 1;
        });
 
        CompletableFuture<Integer> cf2 = cf1.whenComplete((result, e) -> {
            System.out.println("上个任务结果：" + result);
            System.out.println("上个任务抛出异常：" + e);
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....");
        });
 
//        //等待任务1执行完成
//        System.out.println("cf1结果->" + cf1.get());
//        //等待任务2执行完成
        System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());
        }

3.5 handle和handleAsync

跟whenComplete基本一致，区别在于handle的回调方法有返回值。

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
            // int a = 1/0;
            return 1;
        });
 
        CompletableFuture<Integer> cf2 = cf1.handle((result, e) -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....");
            System.out.println("上个任务结果：" + result);
            System.out.println("上个任务抛出异常：" + e);
            return result+2;
        });
 
        //等待任务2执行完成
        System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());
}
//输出
上个任务结果: 1
上个任务抛出异常：null
cf2结果->  3

3.6 有无Async的区别

使用then***方法时子任务与父任务使用的是同一个线程，而then***Async在子任务中是另起一个线程执行任务，并且then***Async可以自定义线程池，默认的使用ForkJoinPool.commonPool()线程池。

四、多任务组合处理

4.1 AND组合关系

thenCombine、thenAcceptBoth 和runAfterBoth这三个方法都是将两个CompletableFuture组合起来处理，只有两个任务都正常完成时，才进行下阶段任务。

区别：

• thenCombine会将两个任务的执行结果作为所提供函数的参数，且该方法有返回值；
• thenAcceptBoth同样将两个任务的执行结果作为方法入参，但是无返回值；
• runAfterBoth没有入参，也没有返回值。注意两个任务中只要有一个执行异常，则将该异常信息作为指定任务的执行结果。

示例代码：

public class ThenCombineTest {

    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();

    }
}
//输出
第一个异步任务
第二个异步任务
两个异步任务的组合

4.2 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 class AcceptEitherTest {
    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();
    }
}
//输出
执行完第二个任务
第二个任务

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

        CompletableFuture<Void> cf1 = CompletableFuture.runAsync(()->{
            System.out.println("我执行完了");
        });
        CompletableFuture<Void> cf2 = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("我也执行完了");
        });
        CompletableFuture<Void> allOfFuture = CompletableFuture.allOf(cf1, cf2).whenComplete((m,k)->{
            System.out.println("finish");
        });
    }
}
//输出
我执行完了
我也执行完了
finish

4.4 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 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");
//            return "捡田螺的小男孩";
        });
        anyOfFuture.join();
    }
}
//输出
我也执行完了
finish

4.5 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 class ThenComposeTest {
    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();

    }
}
//输出
第二个任务
第一个任务

五、使用注意点

5.1 Future需要获取返回值，才能获取异常信息

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()方法这一行，看不到异常信息
 //future.get();

5.2 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);`

所以在实际开发中如果没有特殊需求尽量通过join()方法异步获取结果

5.3 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。

5.4 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，做好线程池隔离哈。

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