这篇文章介绍 Java 8 的 CompletionStage API 和它的规范库的实现 CompletableFuture。API通过例子的形式演示了它的行为，每个例子演示一到两个行为。

既然CompletableFuture类实现了CompletionStage接口，首先咱们须要了解这个接口的契约。它代表了一个特定的计算的阶段，能够同步或者异步的被实现。你能够把它看成一个计算流水线上的一个单元，最终会产生一个最终后果，这意味着几个CompletionStage能够串联起来，一个实现的阶段能够触发下一阶段的执行，接着触发下一次，接着……

除了实现CompletionStage接口， CompletableFuture也实现了future接口, 代表一个未实现的异步事件。CompletableFuture提供了办法，可能显式地实现这个future,所以它叫CompletableFuture。

1、 创立一个实现的CompletableFuture

最简略的例子就是应用一个预约义的后果创立一个实现的CompletableFuture,通常咱们会在计算的开始阶段应用它。

static void completedFutureExample() {

CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("message");assertTrue(cf.isDone());assertEquals("message", cf.getNow(null));

}
getNow(null)办法在future实现的状况下会返回后果，就比方下面这个例子，否则返回null (传入的参数)。

2、运行一个简略的异步阶段

这个例子创立一个一个异步执行的阶段：

static void runAsyncExample() {

CompletableFuture cf = CompletableFuture.runAsync(() -> {    assertTrue(Thread.currentThread().isDaemon());    randomSleep();});assertFalse(cf.isDone());sleepEnough();assertTrue(cf.isDone());

}
通过这个例子能够学到两件事件：

CompletableFuture的办法如果以Async结尾，它会异步的执行(没有指定executor的状况下)， 异步执行通过ForkJoinPool实现， 它应用守护线程去执行工作。留神这是CompletableFuture的个性， 其它CompletionStage能够override这个默认的行为。

参考浏览：工作并行执行神器：Fork&Join框架

3、在前一个阶段上利用函数

上面这个例子应用后面 #1 的实现的CompletableFuture， #1返回后果为字符串message,而后利用一个函数把它变成大写字母。

static void thenApplyExample() {

CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("message").thenApply(s -> {    assertFalse(Thread.currentThread().isDaemon());    return s.toUpperCase();});assertEquals("MESSAGE", cf.getNow(null));

}
留神thenApply办法名称代表的行为。

then意味着这个阶段的动作产生以后的阶段失常实现之后。本例中，以后节点实现，返回字符串message。

Apply意味着返回的阶段将会对后果前一阶段的后果利用一个函数。

函数的执行会被阻塞，这意味着getNow()只有打斜操作被实现后才返回。

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4、在前一个阶段上异步利用函数

通过调用异步办法(办法后边加Async后缀)，串联起来的CompletableFuture能够异步地执行（应用ForkJoinPool.commonPool()）。

static void thenApplyAsyncExample() {

CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("message").thenApplyAsync(s -> {    assertTrue(Thread.currentThread().isDaemon());    randomSleep();    return s.toUpperCase();});assertNull(cf.getNow(null));assertEquals("MESSAGE", cf.join());

}
5、应用定制的Executor在前一个阶段上异步利用函数

异步办法一个十分有用的个性就是可能提供一个Executor来异步地执行CompletableFuture。《线程池全面解析》举荐看下。

这个例子演示了如何应用一个固定大小的线程池来利用大写函数。

static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3, new ThreadFactory() {

int count = 1;@Overridepublic Thread newThread(Runnable runnable) {    return new Thread(runnable, "custom-executor-" + count++);}

});

static void thenApplyAsyncWithExecutorExample() {

CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("message").thenApplyAsync(s -> {    assertTrue(Thread.currentThread().getName().startsWith("custom-executor-"));    assertFalse(Thread.currentThread().isDaemon());    randomSleep();    return s.toUpperCase();}, executor);assertNull(cf.getNow(null));assertEquals("MESSAGE", cf.join());

}
6、生产前一阶段的后果

如果下一阶段接管了以后阶段的后果，然而在计算的时候不须要返回值(它的返回类型是void)， 那么它能够不利用一个函数，而是一个消费者， 调用办法也变成了thenAccept:

static void thenAcceptExample() {

StringBuilder result = new StringBuilder();CompletableFuture.completedFuture("thenAccept message")        .thenAccept(s -> result.append(s));assertTrue("Result was empty", result.length() > 0);

}
本例中消费者同步地执行，所以咱们不须要在CompletableFuture调用join办法。

7、异步地生产迁徙阶段的后果

同样，能够应用thenAcceptAsync办法， 串联的CompletableFuture能够异步地执行。

static void thenAcceptAsyncExample() {

StringBuilder result = new StringBuilder();CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("thenAcceptAsync message")        .thenAcceptAsync(s -> result.append(s));cf.join();assertTrue("Result was empty", result.length() > 0);

}
8、实现计算异样

当初咱们来看一下异步操作如何显式地返回异样，用来批示计算失败。咱们简化这个例子，操作解决一个字符串，把它转换成答谢，咱们模仿提早一秒。

咱们应用thenApplyAsync(Function, Executor)办法，第一个参数传入大写函数， executor是一个delayed executor,在执行前会提早一秒。

static void completeExceptionallyExample() {

CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("message").thenApplyAsync(String::toUpperCase,        CompletableFuture.delayedExecutor(1, TimeUnit.SECONDS));CompletableFuture exceptionHandler = cf.handle((s, th) -> { return (th != null) ? "message upon cancel" : ""; });cf.completeExceptionally(new RuntimeException("completed exceptionally"));

assertTrue("Was not completed exceptionally", cf.isCompletedExceptionally());

try {    cf.join();    fail("Should have thrown an exception");} catch(CompletionException ex) { // just for testing    assertEquals("completed exceptionally", ex.getCause().getMessage());}assertEquals("message upon cancel", exceptionHandler.join());

}
让咱们看一下细节。

首先咱们创立了一个CompletableFuture, 实现后返回一个字符串message,接着咱们调用thenApplyAsync办法，它返回一个CompletableFuture。这个办法在第一个函数实现后，异步地利用转大写字母函数。

这个例子还演示了如何通过delayedExecutor(timeout, timeUnit)提早执行一个异步工作。

咱们创立了一个拆散的handler阶段：exceptionHandler， 它解决异样异样，在异常情况下返回message upon cancel。

下一步咱们显式地用异样实现第二个阶段。在阶段上调用join办法，它会执行大写转换，而后抛出CompletionException（失常的join会期待1秒，而后失去大写的字符串。不过咱们的例子还没等它执行就实现了异样）， 而后它触发了handler阶段。

9、勾销计算

和实现异样相似，咱们能够调用cancel(boolean mayInterruptIfRunning)勾销计算。对于CompletableFuture类，布尔参数并没有被应用，这是因为它并没有应用中断去勾销操作，相同，cancel等价于completeExceptionally(new CancellationException())。

static void cancelExample() {

CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("message").thenApplyAsync(String::toUpperCase,        CompletableFuture.delayedExecutor(1, TimeUnit.SECONDS));CompletableFuture cf2 = cf.exceptionally(throwable -> "canceled message");assertTrue("Was not canceled", cf.cancel(true));assertTrue("Was not completed exceptionally", cf.isCompletedExceptionally());assertEquals("canceled message", cf2.join());

}
10、在两个实现的阶段其中之一上利用函数

上面的例子创立了CompletableFuture, applyToEither解决两个阶段， 在其中之一上利用函数(包保障哪一个被执行)。本例中的两个阶段一个是利用大写转换在原始的字符串上， 另一个阶段是利用小些转换。

static void applyToEitherExample() {

String original = "Message";CompletableFuture cf1 = CompletableFuture.completedFuture(original)        .thenApplyAsync(s -> delayedUpperCase(s));CompletableFuture cf2 = cf1.applyToEither(        CompletableFuture.completedFuture(original).thenApplyAsync(s -> delayedLowerCase(s)),        s -> s + " from applyToEither");assertTrue(cf2.join().endsWith(" from applyToEither"));

}
11、在两个实现的阶段其中之一上调用生产函数

和前一个例子很相似了，只不过咱们调用的是消费者函数 (Function变成Consumer):

static void acceptEitherExample() {

String original = "Message";StringBuilder result = new StringBuilder();CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture(original)        .thenApplyAsync(s -> delayedUpperCase(s))        .acceptEither(CompletableFuture.completedFuture(original).thenApplyAsync(s -> delayedLowerCase(s)),                s -> result.append(s).append("acceptEither"));cf.join();assertTrue("Result was empty", result.toString().endsWith("acceptEither"));

}
12、在两个阶段都执行完后运行一个 Runnable

这个例子演示了依赖的CompletableFuture如果期待两个阶段实现后执行了一个Runnable。

留神上面所有的阶段都是同步执行的，第一个阶段执行大写转换，第二个阶段执行小写转换。

static void runAfterBothExample() {

String original = "Message";StringBuilder result = new StringBuilder();CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(String::toUpperCase).runAfterBoth(        CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(String::toLowerCase),        () -> result.append("done"));assertTrue("Result was empty", result.length() > 0);

}
13、 应用BiConsumer解决两个阶段的后果

下面的例子还能够通过BiConsumer来实现:

static void thenAcceptBothExample() {

String original = "Message";StringBuilder result = new StringBuilder();CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(String::toUpperCase).thenAcceptBoth(        CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(String::toLowerCase),        (s1, s2) -> result.append(s1 + s2));assertEquals("MESSAGEmessage", result.toString());

}
14、应用BiFunction解决两个阶段的后果

如果CompletableFuture依赖两个后面阶段的后果， 它复合两个阶段的后果再返回一个后果，咱们就能够应用thenCombine()函数。整个流水线是同步的，所以getNow()会失去最终的后果，它把大写和小写字符串连接起来。

static void thenCombineExample() {

String original = "Message";CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(s -> delayedUpperCase(s))        .thenCombine(CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(s -> delayedLowerCase(s)),                (s1, s2) -> s1 + s2);assertEquals("MESSAGEmessage", cf.getNow(null));

}
15、异步应用BiFunction解决两个阶段的后果

相似下面的例子，然而有一点不同：依赖的前两个阶段异步地执行，所以thenCombine()也异步地执行，即时它没有Async后缀。

Javadoc中有正文：

Actions supplied for dependent completions of non-async methods may be performed by the thread that completes the current CompletableFuture, or by any other caller of a completion method

所以咱们须要join办法期待后果的实现。

static void thenCombineAsyncExample() {

String original = "Message";CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture(original)        .thenApplyAsync(s -> delayedUpperCase(s))        .thenCombine(CompletableFuture.completedFuture(original).thenApplyAsync(s -> delayedLowerCase(s)),                (s1, s2) -> s1 + s2);assertEquals("MESSAGEmessage", cf.join());

}
16、组合 CompletableFuture

咱们能够应用thenCompose()实现下面两个例子。这个办法期待第一个阶段的实现(大写转换)， 它的后果传给一个指定的返回CompletableFuture函数，它的后果就是返回的CompletableFuture的后果。

有点拗口，然而咱们看例子来了解。函数须要一个大写字符串做参数，而后返回一个CompletableFuture, 这个CompletableFuture会转换字符串变成小写而后连贯在大写字符串的前面。

static void thenComposeExample() {

String original = "Message";CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(s -> delayedUpperCase(s))        .thenCompose(upper -> CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(s -> delayedLowerCase(s))                .thenApply(s -> upper + s));assertEquals("MESSAGEmessage", cf.join());

}
17、当几个阶段中的一个实现，创立一个实现的阶段

上面的例子演示了当任意一个CompletableFuture实现后， 创立一个实现的CompletableFuture.

待处理的阶段首先创立， 每个阶段都是转换一个字符串为大写。因为本例中这些阶段都是同步地执行(thenApply), 从anyOf中创立的CompletableFuture会立刻实现，这样所有的阶段都已实现，咱们应用whenComplete(BiConsumer<? super Object, ? super Throwable> action)解决实现的后果。

static void anyOfExample() {

StringBuilder result = new StringBuilder();List messages = Arrays.asList("a", "b", "c");List<CompletableFuture> futures = messages.stream()        .map(msg -> CompletableFuture.completedFuture(msg).thenApply(s -> delayedUpperCase(s)))        .collect(Collectors.toList());CompletableFuture.anyOf(futures.toArray(new CompletableFuture[futures.size()])).whenComplete((res, th) -> {    if(th == null) {        assertTrue(isUpperCase((String) res));        result.append(res);    }});assertTrue("Result was empty", result.length() > 0);

}
18、当所有的阶段都实现后创立一个阶段

上一个例子是当任意一个阶段实现后接着解决，接下来的两个例子演示当所有的阶段实现后才持续解决, 同步地形式和异步地形式两种。

static void allOfExample() {

StringBuilder result = new StringBuilder();List messages = Arrays.asList("a", "b", "c");List<CompletableFuture> futures = messages.stream()        .map(msg -> CompletableFuture.completedFuture(msg).thenApply(s -> delayedUpperCase(s)))        .collect(Collectors.toList());CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[futures.size()])).whenComplete((v, th) -> {    futures.forEach(cf -> assertTrue(isUpperCase(cf.getNow(null))));    result.append("done");});assertTrue("Result was empty", result.length() > 0);

}
19、当所有的阶段都实现后异步地创立一个阶段

应用thenApplyAsync()替换那些单个的CompletableFutures的办法，allOf()会在通用池中的线程中异步地执行。所以咱们须要调用join办法期待它实现。

static void allOfAsyncExample() {

StringBuilder result = new StringBuilder();List messages = Arrays.asList("a", "b", "c");List<CompletableFuture> futures = messages.stream()        .map(msg -> CompletableFuture.completedFuture(msg).thenApplyAsync(s -> delayedUpperCase(s)))        .collect(Collectors.toList());CompletableFuture allOf = CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[futures.size()]))        .whenComplete((v, th) -> {            futures.forEach(cf -> assertTrue(isUpperCase(cf.getNow(null))));            result.append("done");        });allOf.join();assertTrue("Result was empty", result.length() > 0);

}
20、实在的例子

当初你曾经理解了CompletionStage 和 CompletableFuture 的一些函数的性能，上面的例子是一个实际场景：

首先异步调用cars办法取得Car的列表，它返回CompletionStage场景。cars生产一个近程的REST API。

而后咱们复合一个CompletionStage填写每个汽车的评分，通过rating(manufacturerId)返回一个CompletionStage, 它会异步地获取汽车的评分(可能又是一个REST API调用)

当所有的汽车填好评分后，咱们完结这个列表，所以咱们调用allOf失去最终的阶段， 它在后面阶段所有阶段实现后才实现。

在最终的阶段调用whenComplete(),咱们打印出每个汽车和它的评分。

cars().thenCompose(cars -> {

List<CompletionStage> updatedCars = cars.stream()        .map(car -> rating(car.manufacturerId).thenApply(r -> {            car.setRating(r);            return car;        })).collect(Collectors.toList());CompletableFuture done = CompletableFuture        .allOf(updatedCars.toArray(new CompletableFuture[updatedCars.size()]));return done.thenApply(v -> updatedCars.stream().map(CompletionStage::toCompletableFuture)        .map(CompletableFuture::join).collect(Collectors.toList()));

}).whenComplete((cars, th) -> {

if (th == null) {    cars.forEach(System.out::println);} else {    throw new RuntimeException(th);}

}).toCompletableFuture().join();
因为每个汽车的实例都是独立的，失去每个汽车的评分都能够异步地执行，这会进步零碎的性能(提早)，而且，期待所有的汽车评分被解决应用的是allOf办法，而不是手工的线程期待(Thread#join() 或 a CountDownLatch)。

最初，关注公众号Java技术栈，在后盾回复：面试，能够获取我整顿的 Java 并发多线程系列面试题和答案，十分齐全。