主打一手后果导向；
一、背景
在零碎中，异步执行工作，是很常见的性能逻辑，然而在不同的场景中，又存在很多细节差别；
有的工作只强调「执行过程」，并不需要追溯工作本身的「执行后果」，这里并不是指对系统和业务产生的成果，比方定时工作、音讯队列等场景；
然而有些工作即强调「执行过程」，又须要追溯工作本身的「执行后果」，在流程中依赖某个异步后果，判断流程是否中断，比方「并行」解决；
【串行解决】整个流程依照逻辑逐步推进，如果出现异常会导致流程中断；
【并行处理】主流程依照逻辑逐步推进，其余「异步」交互的流程执行结束后，将后果返回到主流程，如果「异步」流程异样，会影响局部后果；
此前在《「订单」业务》的内容中，聊过对于「串行」和「并行」的利用比照，即在订单详情的加载过程中，通过「并行」的形式读取：商品、商户、订单、用户等信息，晋升接口的响应工夫；
二、Future接口
1、入门案例
异步是对流程的解耦，然而有的流程中又依赖异步执行的最终后果，此时就能够应用「Future」接口来达到该目标，先来看一个简略的入门案例；
public class ServerTask implements Callable<Integer> { @Override public Integer call() throws Exception { Thread.sleep(2000); return 3; }}public class FutureBase01 { public static void main(String[] args) throws Exception { TimeInterval timer = DateUtil.timer(); // 线程池 ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); // 批量工作 List<ServerTask> serverTasks = new ArrayList<>() ; for (int i=0;i<3;i++){ serverTasks.add(new ServerTask()); } List<Future<Integer>> taskResList = executor.invokeAll(serverTasks) ; // 后果输入 for (Future<Integer> intFuture:taskResList){ System.out.println(intFuture.get()); } // 耗时统计 System.out.println("timer...interval = "+timer.interval()); }}这里模仿一个场景，以线程池批量执行异步工作，在工作内线程休眠2秒，以并行的形式最终获取全副后果，只耗时2秒多一点，如果串行的话耗时必定超过6秒；
2、Future接口
Future示意异步计算的后果，提供了用于查看计算是否实现、期待计算实现、以及检索计算结果的办法。
【外围办法】
get()：期待工作实现，获取执行后果，如果工作勾销会抛出异样；get(long timeout, TimeUnit unit)：指定期待工作实现的工夫，期待超时会抛出异样；isDone()：判断工作是否实现；isCancelled()：判断工作是否被勾销；cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：尝试勾销此工作的执行，如果工作曾经实现、曾经勾销或因为其余起因无奈勾销，则此尝试将失败；
【根底用法】
public class FutureBase02 { public static void main(String[] args) throws Exception { // 线程池执行工作 ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new Callable<String>() { @Override public String call() throws Exception { Thread.sleep(3000); return "task...OK"; } }) ; executor.execute(futureTask); // 工作信息获取 System.out.println("是否实现："+futureTask.isDone()); System.out.println("是否勾销："+futureTask.isCancelled()); System.out.println("获取后果："+futureTask.get()); System.out.println("尝试勾销："+futureTask.cancel(Boolean.TRUE)); }}【FutureTask】
Future接口的根本实现类，提供了计算的启动和勾销、查问计算是否实现以及检索计算结果的办法；
在「FutureTask」类中，能够看到线程异步执行工作时，其中的外围状态转换，以及最终后果写出的形式；
尽管「Future」从设计上，实现了异步计算的后果获取，然而通过下面的案例也能够发现，流程的主线程在执行get()办法时会阻塞，直到最终获取后果，显然对于程序来说并不敌对；
在JDK1.8提供「CompletableFuture」类，对「Future」进行优化和扩大；
三、CompletableFuture类
1、根底阐明
「CompletableFuture」类提供函数编程的能力，能够通过回调的形式解决计算结果，并且反对组合操作，提供很多办法来实现异步编排，升高异步编程的复杂度；
「CompletableFuture」实现「Future」和「CompletionStage」两个接口；
- Future：示意异步计算的后果；
- CompletionStage：示意异步计算的一个步骤，当一个阶段计算实现时，可能会触发其余阶段，即步骤可能由其余CompletionStage触发；
【入门案例】
public class CompletableBase01 { public static void main(String[] args) throws Exception { // 线程池 ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); // 工作执行 CompletableFuture<String> cft = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "Res...OK"; }, executor); // 后果输入 System.out.println(cft.get()); }}2、外围办法
2.1 实例办法
public class Completable01 { public static void main(String[] args) throws Exception { // 线程池 ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); // 1、创立未实现的CompletableFuture，通过complete()办法实现 CompletableFuture<Integer> cft01 = new CompletableFuture<>() ; cft01.complete(99) ; // 2、创立曾经实现CompletableFuture，并且给定后果 CompletableFuture<String> cft02 = CompletableFuture.completedFuture("given...value"); // 3、有返回值，默认ForkJoinPool线程池 CompletableFuture<String> cft03 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {return "OK-3";}); // 4、有返回值，采纳Executor自定义线程池 CompletableFuture<String> cft04 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {return "OK-4";},executor); // 5、无返回值，默认ForkJoinPool线程池 CompletableFuture<Void> cft05 = CompletableFuture.runAsync(() -> {}); // 6、无返回值，采纳Executor自定义线程池 CompletableFuture<Void> cft06 = CompletableFuture.runAsync(()-> {}, executor); }}2.2 计算方法
public class Completable02 { public static void main(String[] args) throws Exception { // 线程池 ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); CompletableFuture<String> cft01 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "OK"; },executor); // 1、计算实现后，执行后续解决 // cft01.whenComplete((res, ex) -> System.out.println("Result："+res+"；Exe："+ex)); // 2、触发计算，如果没有实现，则get设定的值，如果已实现，则get工作返回值 // boolean completeFlag = cft01.complete("given...value"); // if (completeFlag){ // System.out.println(cft01.get()); // } else { // System.out.println(cft01.get()); // } // 3、开启新CompletionStage，从新获取线程执行工作 cft01.whenCompleteAsync((res, ex) -> System.out.println("Result："+res+"；Exe："+ex),executor); }}2.3 后果获取办法
public class Completable03 { public static void main(String[] args) throws Exception { // 线程池 ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); CompletableFuture<String> cft01 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "Res...OK"; },executor); // 1、阻塞直到获取后果 // System.out.println(cft01.get()); // 2、设定超时的阻塞获取后果 // System.out.println(cft01.get(4, TimeUnit.SECONDS)); // 3、非阻塞获取后果，如果工作曾经实现，则返回后果，如果工作未实现，返回给定的值 // System.out.println(cft01.getNow("given...value")); // 4、get获取抛查看异样，join获取非查看异样 System.out.println(cft01.join()); }}2.4 工作编排办法
public class Completable04 { public static void main(String[] args) throws Exception { // 线程池 ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); CompletableFuture<String> cft01 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("OK-1"); return "OK"; },executor); // 1、cft01工作执行实现后，执行之后的工作，此处不关注cft01的后果 // cft01.thenRun(() -> System.out.println("task...run")) ; // 2、cft01工作执行实现后，执行之后的工作，能够获取cft01的后果 // cft01.thenAccept((res) -> { // System.out.println("cft01："+res); // System.out.println("task...run"); // }); // 3、cft01工作执行实现后，执行之后的工作，获取cft01的后果，并且具备返回值 // CompletableFuture<Integer> cft02 = cft01.thenApply((res) -> { // System.out.println("cft01："+res); // return 99 ; // }); // System.out.println(cft02.get()); // 4、程序执行cft01、cft02 // CompletableFuture<String> cft02 = cft01.thenCompose((res) -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> { // System.out.println("cft01："+res); // return "OK-2"; // })); // cft02.whenComplete((res,ex) -> System.out.println("Result："+res+"；Exe："+ex)); // 5、比照工作的执行效率，因为cft02先实现，所以取cft02的后果 // CompletableFuture<String> cft02 = cft01.applyToEither(CompletableFuture.supplyAsync(() -> { // System.out.println("run...cft02"); // try { // Thread.sleep(3000); // } catch (InterruptedException e) { // e.printStackTrace(); // } // return "OK-2"; // }),(res) -> { // System.out.println("either...result：" + res); // return res; // }); // System.out.println("finally...result：" + cft02.get()); // 6、两组工作执行实现后，对后果进行合并 // CompletableFuture<String> cft02 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "OK-2") ; // String finallyRes = cft01.thenCombine(cft02,(res1,res2) -> { // System.out.println("res1："+res1+"；res2："+res2); // return res1+"；"+res2 ; // }).get(); // System.out.println(finallyRes); CompletableFuture<String> cft02 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("OK-2"); return "OK-2"; }) ; CompletableFuture<String> cft03 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("OK-3"); return "OK-3"; }) ; // 7、期待批量工作执行完返回 // CompletableFuture.allOf(cft01,cft02,cft03).get(); // 8、任意一个工作执行完即返回 System.out.println("Sign："+CompletableFuture.anyOf(cft01,cft02,cft03).get()); }}2.5 异样解决办法
public class Completable05 { public static void main(String[] args) throws Exception { // 线程池 ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); CompletableFuture<String> cft01 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { if (1 > 0){ throw new RuntimeException("task...exception"); } return "OK"; },executor); // 1、捕捉cft01的异样信息，并提供返回值 String finallyRes = cft01.thenApply((res) -> { System.out.println("cft01-res：" + res); return res; }).exceptionally((ex) -> { System.out.println("cft01-exe：" + ex.getMessage()); return "error" ; }).get(); System.out.println("finallyRes="+finallyRes); CompletableFuture<String> cft02 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "OK-2"; },executor); // 2、如果cft02未实现，则get时抛出指定异样信息 boolean exeFlag = cft02.completeExceptionally(new RuntimeException("given...exception")); if (exeFlag){ System.out.println(cft02.get()); } else { System.out.println(cft02.get()); } }}3、线程池问题
- 在实践中，通常不应用
ForkJoinPool#commonPool()公共线程池，会呈现线程竞争问题，从而造成零碎瓶颈； - 在工作编排中，如果呈现依赖状况或者父子工作，尽量应用多个线程池，从而防止工作申请同一个线程池，躲避死锁状况产生；
四、CompletableFuture原理
1、外围构造
在剖析「CompletableFuture」其原理之前，首先看一下波及的外围构造；
【CompletableFuture】
在该类中有两个要害的字段：「result」存储以后CF的后果，「stack」代表栈顶元素，即以后CF计算实现后会触发的依赖动作；从下面案例中可知，依赖动作能够没有或者有多个；
【Completion】
依赖动作的封装类；
【UniCompletion】
继承Completion类，一元依赖的根底类，「executor」指线程池，「dep」指依赖的计算，「src」指源动作；
【BiCompletion】
继承UniCompletion类，二元或者多元依赖的根底类，「snd」指第二个源动作；
2、零依赖
顾名思义，即各个CF之间不产生依赖关系；
public class DepZero { public static void main(String[] args) throws Exception { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); CompletableFuture<String> cft1 = CompletableFuture.supplyAsync(()-> "OK-1",executor); CompletableFuture<String> cft2 = CompletableFuture.supplyAsync(()-> "OK-2",executor); System.out.println(cft1.get()+";"+cft2.get()); }}3、一元依赖
即CF之间的单个依赖关系；这里应用「thenApply」办法演示，为了看到成果，使「cft1」长时间休眠，断点查看「stack」构造；
public class DepOne { public static void main(String[] args) throws Exception { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); CompletableFuture<String> cft1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(30000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "OK-1"; },executor); CompletableFuture<String> cft2 = cft1.thenApply(res -> { System.out.println("cft01-res"+res); return "OK-2" ; }); System.out.println("cft02-res"+cft2.get()); }}断点截图：
原理剖析：
观察者Completion注册到「cft1」，注册时会查看计算是否实现，未实现则观察者入栈，当「cft1」计算实现会弹栈；已实现则间接触发观察者；
能够调整断点代码，让「cft1」先处于实现状态，再查看其运行时构造，从而剖析残缺的逻辑；
4、二元依赖
即一个CF同时依赖两个CF；这里应用「thenCombine」办法演示；为了看到成果，使「cft1、cft2」长时间休眠，断点查看「stack」构造；
public class DepTwo { public static void main(String[] args) throws Exception { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); CompletableFuture<String> cft1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(30000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "OK-1"; },executor); CompletableFuture<String> cft2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(30000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "OK-2"; },executor); // cft3 依赖 cft1和cft2 的计算结果 CompletableFuture<String> cft3 = cft1.thenCombine(cft2,(res1,res2) -> { System.out.println("cft01-res:"+res1); System.out.println("cft02-res:"+res2); return "OK-3" ; }); System.out.println("cft03-res:"+cft3.get()); }}断点截图：
原理剖析：
在「cft1」和「cft2」未实现的状态下，尝试将BiApply压入「cft1」和「cft2」两个栈中，任意CF实现时，会尝试触发观察者，观察者查看「cft1」和「cft2」是否都实现，如果实现则执行；
5、多元依赖
即一个CF同时依赖多个CF；这里应用「allOf」办法演示；为了看到成果，使「cft1、cft2、cft3」长时间休眠，断点查看「stack」构造；
public class DepMore { public static void main(String[] args) throws Exception { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); CompletableFuture<String> cft1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(30000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "OK-1"; },executor); CompletableFuture<String> cft2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(30000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "OK-2"; },executor); CompletableFuture<String> cft3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(30000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "OK-3"; },executor); // cft4 依赖 cft1和cft2和cft3 的计算结果 CompletableFuture<Void> cft4 = CompletableFuture.allOf(cft1,cft2,cft3); CompletableFuture<String> finallyRes = cft4.thenApply(tm -> { System.out.println("cft01-res:"+cft1.join()); System.out.println("cft02-res:"+cft2.join()); System.out.println("cft03-res:"+cft3.join()); return "OK-4"; }); System.out.println("finally-res:"+finallyRes.get()); }}断点截图：
原理剖析：
多元依赖的回调办法除了「allOf」还有「anyOf」，其实现原理都是将依赖的多个CF补全为均衡二叉树，从断点图可知会依照树的层级解决，外围构造参考二元依赖即可；
五、参考源码
编程文档：https://gitee.com/cicadasmile/butte-java-note利用仓库：https://gitee.com/cicadasmile/butte-flyer-parent