CompletableFuture异步编程

CompletableFuture 有什么用

• CompletableFuture 是用来描述多线程任务的时序关系的：串行关系，并行关系，聚合关系。
• CompletableFuture 是 Java 8 新增加的 Api, 该类实现，Future 和 CompletionStage 两个接口，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。

创建 CompletableFuture 对象

方式一：使用默认线程池

/**
 * 创建一个不带返回值得任务。*/
CompletableFuture<Void> f1 = CompletableFuture.runAsync(new Runnable() {
     @Override
     public void run() {// 业务逻辑}
 });
 /**
  * 创建一个带返回值的任务。*/
CompletableFuture<String> f2 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<String>() {
    @Override
    public String get() {
        // 业务逻辑
        return null;
    }
});

方式二：使用自定义线程池（建议使用）

 // 创建线程池
ExecutorService    executor =    Executors.newFixedThreadPool(10); 
        
// 创建一个不带返回值得任务。CompletableFuture<Void> f1 = CompletableFuture.runAsync(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {}
},executor);
// 创建一个带返回值的任务。CompletableFuture<String> f2 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<String>() {
    @Override
    public String get() {
        // 业务逻辑
        return null;
    }
},executor);    

1. 默认情况下 CompletableFuture 会使用公共的 ForkJoinPool 线程池，这个线程池默认创建的线程数是 CPU 的 核数（也可以通过 JVM option:-Djava.util.concurrent.ForkJoinPool.common.parallelism 来设置 ForkJoinPool 线程池的线程数）。如果所有 CompletableFuture 共享一个线程池，那么一旦有任务执行一些很慢的 I / O 操 作，就会导致线程池中所有线程都阻塞在 I / O 操作上，从而造成线程饥饿，进而影响整个系统的性能。所以，强烈建议你要 根据不同的业务类型创建不同的线程池，以避免互相干扰。
2. 创建完 CompletableFuture 对象之后，会自动地异步执行 runnable.run()方法或者 supplier.get()方法。因为 CompletableFuture 类实现了 Future 接口，所以这两个问题你都可以通过 Future 接口来解决。另外，CompletableFuture 类还实现了 CompletionStage 接口。

常用 API

• public T get()：获取计算结果，该方法为阻塞方法会等待计算结果完成。
• public T get(long timeout,TimeUnit unit)：有时间限制的阻塞方法
• public T getNow(T valueIfAbsent)立即获取方法结果，如果没有计算结束则返回传的值
• public T join()和 get() 方法类似也是主动阻塞线程，等待计算结果。和 get() 方法有细微的差别。
• public boolean complete(T value)：立即完成计算，并把结果设置为传的值，返回是否设置成功
• public boolean completeExceptionally(Throwable ex)：立即完成计算，并抛出异常

理解 CompletionStage 接口

CompletionStage 接口可以清晰地描述任务之间的这种时序关系，时序关系：串行，并行，汇聚。

串行

线程与线程之间的执行顺序是串行的。

//Async 代表的是异步执行 fn
CompletionStage<R>    thenApply(fn); 
CompletionStage<R>    thenApplyAsync(fn); 
CompletionStage<Void>    thenAccept(consumer); 
CompletionStage<Void>    thenAcceptAsync(consumer); 
CompletionStage<Void>    thenRun(action); 
CompletionStage<Void>    thenRunAsync(action); 
CompletionStage<R>    thenCompose(fn); 
CompletionStage<R>    thenComposeAsync(fn);

• CompletionStage 接口里面描述串行关系，主要是 thenApply、thenAccept、thenRun 和 thenCompose 这四 个系列的接口。

  • thenApply 系列函数里参数 fn 的类型是接口 Function<T, R>，这个接口里与 CompletionStage 相关的方法是 R apply(T t)，这个方法既能接收参数也支持返回值，所以 thenApply 系列方法返回的 是 CompletionStage<R>。

• 而 thenAccept 系列方法里参数 consumer 的类型是接口 Consumer<T>，这个接口里与 CompletionStage 相关 的方法是 void accept(T t)，这个方法虽然支持参数，但却不支持回值，所以 thenAccept 系列方法返回 的是 CompletionStage<Void>。

  • thenRun 系列方法里 action 的参数是 Runnable，所以 action 既不能接收参数也不支持返回值，所以 thenRun 系列方法返回的也是 CompletionStage<Void>。
  • 这些方法里面 Async 代表的是异步执行 fn、consumer 或者 action。其中，需要你注意的是 thenCompose 系列 方法，这个系列的方法会新创建出一个子流程，最终结果和 thenApply 系列是相同的。

演示串行

//supplyAsync()启动一个异步 流程
CompletableFuture<String> f0 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello World")                        //①        
    .thenApply(s ->    s + "girl")        //②
    .thenApply(String::toUpperCase);//③
System.out.println(f0.join());
// 输出结果 HELLO WORLD    girl

虽然这是一个异步流程，但任务①②③却是 串行执行的，②依赖①的执行结果，③依赖②的执行结果。

AND 汇聚

CompletionStage 接口里面描述 AND 汇聚关系，主要是 thenCombine、thenAcceptBoth 和 runAfterBoth 系列的接口，这些接口的区别也是源自 fn、consumer、action 这三个核心参数不同。

CompletionStage<R>    thenCombine(other,    fn); 
CompletionStage<R>    thenCombineAsync(other,    fn); 
CompletionStage<Void>    thenAcceptBoth(other,    consumer); CompletionStage<Void>    thenAcceptBothAsync(other,    consumer); CompletionStage<Void>    runAfterBoth(other,    action); 
CompletionStage<Void>    runAfterBothAsync(other,    action);

演示：

         // 启动一个异步流程 f1
        CompletableFuture<Void> f1 = CompletableFuture.runAsync(()->{System.out.println("异步任务 -1");

        });
        // 启动一个异步流程 f2
        CompletableFuture<String> f2 = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            String s = "异步任务 -2";
            System.out.println(s);
            return    s;

        });
        // 启动一个汇聚流程 f3
        CompletableFuture<String> f3 = f1.thenCombine(f2,(a,tf)->{return tf;//tf 是 f2 的值});

        // 等待任务 3 执行结果
        System.out.println(f3.join());

OR 汇聚

CompletionStage 接口里面描述 OR 汇聚关系，主要是 applyToEither、acceptEither 和 runAfterEither 系列的 接口，这些接口的区别也是源自 fn、consumer、action 这三个核心参数不同。

CompletionStage    applyToEither(other,    fn);
CompletionStage    applyToEitherAsync(other,    fn);
CompletionStage    acceptEither(other,    consumer);
CompletionStage    acceptEitherAsync(other,    consumer);
CompletionStage    runAfterEither(other,    action); 
CompletionStage    runAfterEitherAsync(other,    action);

功能演示：

         // 启动一个异步流程 f1
        CompletableFuture<String> f1 = CompletableFuture.supplyAsync(()->{int    t    =     new Random().nextInt(10);
            System.out.println("f1-t ="+t);
            sleep(t,    TimeUnit.SECONDS);
            return    String.valueOf(t);
        });
     // 启动一个异步流程 f2
        CompletableFuture<String> f2 = CompletableFuture.supplyAsync(()->{int    t    =     new Random().nextInt(10);
            System.out.println("f2-t ="+t);
            sleep(t,    TimeUnit.SECONDS);
            return    String.valueOf(t);
        });
        // 将 f1 和 f2 的值汇总到 f3
        CompletableFuture<String> f3 = f1.applyToEither(f2,s    ->
                    Integer.parseInt(f2.join())+Integer.parseInt(s)+""
        );
        System.out.println(f3.join());

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