异步编程利器:CompletableFuture

《异步编程利器:CompletableFuture》

一、一个示例回顾Future

一些业务场景我们需要使用多线程异步执行任务,加快任务执行速度。

JDK5新增了Future接口,用于描述一个异步计算的结果。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,

我们必须使用 **Future.get() **的方式阻塞调用线程,或者使用轮询方式判断 Future.isDone 任务是否结束,再获取结果。

这两种处理方式都不是很优雅,相关代码如下:

    @Test
    public void testFuture() throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        Future<String> future = executorService.submit(() -> {
            Thread.sleep(2000);
            return "hello";
        });
        System.out.println(future.get());
        System.out.println("end");
    }

与此同时,Future无法解决多个异步任务需要相互依赖的场景,简单点说就是,主线程需要等待子线程任务执行完毕之后在进行执行,这个时候你可能想到了CountDownLatch

没错确实可以解决,代码如下。这里定义两个Future,第一个通过用户id获取用户信息,第二个通过商品id获取商品信息。

  @Test
    public void testCountDownLatch() throws InterruptedException, ExecutionException {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        CountDownLatch downLatch = new CountDownLatch(2);
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        Future<String> userFuture = executorService.submit(() -> {
            //模拟查询商品耗时500毫秒
            Thread.sleep(500);
            downLatch.countDown();
            return "用户A";
        });

        Future<String> goodsFuture = executorService.submit(() -> {
            //模拟查询商品耗时500毫秒
            Thread.sleep(400);
            downLatch.countDown();
            return "商品A";
        });

        downLatch.await();
        //模拟主程序耗时时间
        Thread.sleep(600);
        System.out.println("获取用户信息:" + userFuture.get());
        System.out.println("获取商品信息:" + goodsFuture.get());
        System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    }

运行结果

获取用户信息:用户A
获取商品信息:商品A
总共用时1110ms

从运行结果可以看出结果都已经获取,而且如果我们不用异步操作,执行时间应该是:500+400+600 = 1500,用异步操作后实际只用1110。

但是Java8以后我不在认为这是一种优雅的解决方式,接下来我们来了解下CompletableFuture的使用。

二、通过CompletableFuture实现上面示例

 @Test
    public void testCompletableInfo() throws InterruptedException, ExecutionException {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
  
          //调用用户服务获取用户基本信息
          CompletableFuture<String> userFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() ->
                  //模拟查询商品耗时500毫秒
          {
              try {
                  Thread.sleep(500);
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              return "用户A";
          });
  
          //调用商品服务获取商品基本信息
          CompletableFuture<String> goodsFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() ->
                  //模拟查询商品耗时500毫秒
          {
              try {
                  Thread.sleep(400);
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              return "商品A";
          });
  
          System.out.println("获取用户信息:" + userFuture.get());
          System.out.println("获取商品信息:" + goodsFuture.get());
  
          //模拟主程序耗时时间
          Thread.sleep(600);
          System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    }

运行结果

获取用户信息:用户A
获取商品信息:商品A
总共用时1112ms

通过CompletableFuture可以很轻松的实现CountDownLatch的功能,你以为这就结束了,远远不止,CompletableFuture比这要强多了。

比如可以实现:任务1执行完了再执行任务2,甚至任务1执行的结果,作为任务2的入参数等等强大功能,下面就来学学CompletableFuture的API。

三、CompletableFuture创建方式

1、常用的4种创建方式

CompletableFuture源码中有四个静态方法用来执行异步任务

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){..}

一般我们用上面的静态方法来创建CompletableFuture,这里也解释下他们的区别:

  • supplyAsync执行任务,支持返回值。
  • runAsync执行任务,没有返回值。

supplyAsync方法

//使用默认内置线程池ForkJoinPool.commonPool(),根据supplier构建执行任务
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)
//自定义线程,根据supplier构建执行任务
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)

runAsync方法

//使用默认内置线程池ForkJoinPool.commonPool(),根据runnable构建执行任务
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable) 
//自定义线程,根据runnable构建执行任务
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,  Executor executor)

2、结果获取的4种方式

对于结果的获取CompltableFuture类提供了四种方式

//方式一
public T get()
//方式二
public T get(long timeout, TimeUnit unit)
//方式三
public T getNow(T valueIfAbsent)
//方式四
public T join()

说明

  • get()和get(long timeout, TimeUnit unit) => 在Future中就已经提供了,后者提供超时处理,如果在指定时间内未获取结果将抛出超时异常
  • getNow => 立即获取结果不阻塞,结果计算已完成将返回结果或计算过程中的异常,如果未计算完成将返回设定的valueIfAbsent值
  • join => 方法里不会抛出异常

示例

  @Test
    public void testCompletableGet() throws InterruptedException, ExecutionException {

        CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "商品A";
        });

        // getNow方法测试 
        System.out.println(cp1.getNow("商品B"));

        //join方法测试 
        CompletableFuture<Integer> cp2 = CompletableFuture.supplyAsync((() -> 1 / 0));
        System.out.println(cp2.join());
       System.out.println("-----------------------------------------------------");
        //get方法测试
        CompletableFuture<Integer> cp3 = CompletableFuture.supplyAsync((() -> 1 / 0));
        System.out.println(cp3.get());
    }

运行结果

  • 第一个执行结果为 商品B,因为要先睡上1秒结果不能立即获取
  • join方法获取结果方法里不会抛异常,但是执行结果会抛异常,抛出的异常为CompletionException
  • get方法获取结果方法里将抛出异常,执行结果抛出的异常为ExecutionException

四、异步回调方法

《异步编程利器:CompletableFuture》

1、thenRun/thenRunAsync

通俗点讲就是,做完第一个任务后,再做第二个任务,这两个任务没有关联关系,第二个任务也没有返回值

示例

 @Test
    public void testCompletableThenRunAsync() throws InterruptedException, ExecutionException {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        
        CompletableFuture<Void> cp1 = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            try {
                //执行任务A
                Thread.sleep(600);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        });

        CompletableFuture<Void> cp2 =  cp1.thenRun(() -> {
            try {
                //执行任务B
                Thread.sleep(400);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        // get方法测试
        System.out.println(cp2.get());

        //模拟主程序耗时时间
        Thread.sleep(600);
        System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    }
    
    //运行结果  
    /**
     *  null
     *  总共用时1610ms
     */

thenRun 和thenRunAsync有什么区别呢?

如果你执行第一个任务的时候,传入了一个自定义线程池:

  • 调用thenRun方法执行第二个任务时,则第二个任务和第一个任务是共用同一个线程池。
  • 调用thenRunAsync执行第二个任务时,则第一个任务使用的是你自己传入的线程池,第二个任务使用的是ForkJoin线程池。

说明: 后面介绍的thenAccept和thenAcceptAsync,thenApply和thenApplyAsync等,它们之间的区别也是这个。

2、thenAccept/thenAcceptAsync

第一个任务执行完成后,执行第二个回调方法任务,会将该任务的执行结果,作为入参,传递到回调方法中,但是回调方法是没有返回值的。

示例

    @Test
    public void testCompletableThenAccept() throws ExecutionException, InterruptedException {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return "dev";

        });
        CompletableFuture<Void> cp2 =  cp1.thenAccept((a) -> {
            System.out.println("上一个任务的返回结果为: " + a);
        });
     
        cp2.get();
    }

3、 thenApply/thenApplyAsync

表示第一个任务执行完成后,执行第二个回调方法任务,会将该任务的执行结果,作为入参,传递到回调方法中,并且回调方法是有返回值的。

示例

   @Test
    public void testCompletableThenApply() throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return "dev";

        }).thenApply((a) -> {
            if(Objects.equals(a,"dev")){
                return "dev";
            }
            return "prod";
        });

        System.out.println("当前环境为:" + cp1.get());

        //输出: 当前环境为:dev
    }

五、异常回调

当CompletableFuture的任务不论是正常完成还是出现异常它都会调用whenComplete这回调函数。

  • 正常完成:whenComplete返回结果和上级任务一致,异常为null;
  • 出现异常:whenComplete返回结果为null,异常为上级任务的异常;

即调用get()时,正常完成时就获取到结果,出现异常时就会抛出异常,需要你处理该异常。

下面来看看示例

1、只用whenComplete

    @Test
    public void testCompletableWhenComplete() throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Double> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {

            if (Math.random() < 0.5) {
                throw new RuntimeException("出错了");
            }
            System.out.println("正常结束");
            return 0.11;

        }).whenComplete((aDouble, throwable) -> {
            if (aDouble == null) {
                System.out.println("whenComplete aDouble is null");
            } else {
                System.out.println("whenComplete aDouble is " + aDouble);
            }
            if (throwable == null) {
                System.out.println("whenComplete throwable is null");
            } else {
                System.out.println("whenComplete throwable is " + throwable.getMessage());
            }
        });
        System.out.println("最终返回的结果 = " + future.get());
    }

正常完成,没有异常时:

正常结束
whenComplete aDouble is 0.11
whenComplete throwable is null
最终返回的结果 = 0.11

出现异常时:get()会抛出异常

whenComplete aDouble is null
whenComplete throwable is java.lang.RuntimeException: 出错了

java.util.concurrent.ExecutionException: java.lang.RuntimeException: 出错了
	at java.util.concurrent.CompletableFuture.reportGet(CompletableFuture.java:357)
	at java.util.concurrent.CompletableFuture.get(CompletableFuture.java:1895)

2、whenComplete + exceptionally示例

 @Test
    public void testWhenCompleteExceptionally() throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Double> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            if (Math.random() < 0.5) {
                throw new RuntimeException("出错了");
            }
            System.out.println("正常结束");
            return 0.11;

        }).whenComplete((aDouble, throwable) -> {
            if (aDouble == null) {
                System.out.println("whenComplete aDouble is null");
            } else {
                System.out.println("whenComplete aDouble is " + aDouble);
            }
            if (throwable == null) {
                System.out.println("whenComplete throwable is null");
            } else {
                System.out.println("whenComplete throwable is " + throwable.getMessage());
            }
        }).exceptionally((throwable) -> {
            System.out.println("exceptionally中异常:" + throwable.getMessage());
            return 0.0;
        });

        System.out.println("最终返回的结果 = " + future.get());
    }

当出现异常时,exceptionally中会捕获该异常,给出默认返回值0.0。

whenComplete aDouble is null
whenComplete throwable is java.lang.RuntimeException: 出错了
exceptionally中异常:java.lang.RuntimeException: 出错了
最终返回的结果 = 0.0

六、多任务组合回调

《异步编程利器:CompletableFuture》

1、AND组合关系

thenCombine / thenAcceptBoth / runAfterBoth都表示:当任务一和任务二都完成再执行任务三

区别在于:

  • runAfterBoth 不会把执行结果当做方法入参,且没有返回值
  • thenAcceptBoth: 会将两个任务的执行结果作为方法入参,传递到指定方法中,且无返回值
  • thenCombine:会将两个任务的执行结果作为方法入参,传递到指定方法中,且有返回值

示例

    @Test
    public void testCompletableThenCombine() throws ExecutionException, InterruptedException {
        //创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //开启异步任务1
        CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务1,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId());
            int result = 1 + 1;
            System.out.println("异步任务1结束");
            return result;
        }, executorService);

        //开启异步任务2
        CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务2,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId());
            int result = 1 + 1;
            System.out.println("异步任务2结束");
            return result;
        }, executorService);

        //任务组合
        CompletableFuture<Integer> task3 = task.thenCombineAsync(task2, (f1, f2) -> {
            System.out.println("执行任务3,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId());
            System.out.println("任务1返回值:" + f1);
            System.out.println("任务2返回值:" + f2);
            return f1 + f2;
        }, executorService);

        Integer res = task3.get();
        System.out.println("最终结果:" + res);
    }

运行结果

异步任务1,当前线程是:17
异步任务1结束
异步任务2,当前线程是:18
异步任务2结束
执行任务3,当前线程是:19
任务1返回值:2
任务2返回值:2
最终结果:4

2、OR组合关系

applyToEither / acceptEither / runAfterEither 都表示:两个任务,只要有一个任务完成,就执行任务三

区别在于:

  • runAfterEither:不会把执行结果当做方法入参,且没有返回值
  • 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
  • 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

示例

  @Test
    public void testCompletableEitherAsync() {
        //创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //开启异步任务1
        CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务1,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId());

            int result = 1 + 1;
            System.out.println("异步任务1结束");
            return result;
        }, executorService);

        //开启异步任务2
        CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务2,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId());
            int result = 1 + 2;
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("异步任务2结束");
            return result;
        }, executorService);

        //任务组合
        task.acceptEitherAsync(task2, (res) -> {
            System.out.println("执行任务3,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId());
            System.out.println("上一个任务的结果为:"+res);
        }, executorService);
    }

运行结果

//通过结果可以看出,异步任务2都没有执行结束,任务3获取的也是1的执行结果
异步任务1,当前线程是:17
异步任务1结束
异步任务2,当前线程是:18
执行任务3,当前线程是:19
上一个任务的结果为:2

注意

如果把上面的核心线程数改为1也就是

 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);

运行结果就是下面的了,会发现根本没有执行任务3,显然是任务3直接被丢弃了。

异步任务1,当前线程是:17
异步任务1结束
异步任务2,当前线程是:17

3、多任务组合

  • allOf:等待所有任务完成
  • anyOf:只要有一个任务完成

示例

allOf:等待所有任务完成

 @Test
    public void testCompletableAallOf() throws ExecutionException, InterruptedException {
        //创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //开启异步任务1
        CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务1,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId());
            int result = 1 + 1;
            System.out.println("异步任务1结束");
            return result;
        }, executorService);

        //开启异步任务2
        CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务2,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId());
            int result = 1 + 2;
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("异步任务2结束");
            return result;
        }, executorService);

        //开启异步任务3
        CompletableFuture<Integer> task3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务3,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId());
            int result = 1 + 3;
            try {
                Thread.sleep(4000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("异步任务3结束");
            return result;
        }, executorService);

        //任务组合
        CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(task, task2, task3);

        //等待所有任务完成
        allOf.get();
        //获取任务的返回结果
        System.out.println("task结果为:" + task.get());
        System.out.println("task2结果为:" + task2.get());
        System.out.println("task3结果为:" + task3.get());
    }

anyOf: 只要有一个任务完成

    @Test
    public void testCompletableAnyOf() throws ExecutionException, InterruptedException {
        //创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //开启异步任务1
        CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            int result = 1 + 1;
            return result;
        }, executorService);

        //开启异步任务2
        CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            int result = 1 + 2;
            return result;
        }, executorService);

        //开启异步任务3
        CompletableFuture<Integer> task3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            int result = 1 + 3;
            return result;
        }, executorService);

        //任务组合
        CompletableFuture<Object> anyOf = CompletableFuture.anyOf(task, task2, task3);
        //只要有一个有任务完成
        Object o = anyOf.get();
        System.out.println("完成的任务的结果:" + o);
    }

七、CompletableFuture使用有哪些注意点

《异步编程利器:CompletableFuture》

CompletableFuture 使我们的异步编程更加便利的、代码更加优雅的同时,我们也要关注下它,使用的一些注意点。

1、Future需要获取返回值,才能获取异常信息

  @Test
    public void testWhenCompleteExceptionally() {
        CompletableFuture<Double> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            if (1 == 1) {
                throw new RuntimeException("出错了");
            }
            return 0.11;
        });

        //如果不加 get()方法这一行,看不到异常信息
        //future.get();
    }

Future需要获取返回值,才能获取到异常信息。如果不加 get()/join()方法,看不到异常信息。

小伙伴们使用的时候,注意一下哈,考虑是否加try…catch…或者使用exceptionally方法。

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);

3、不建议使用默认线程池

CompletableFuture代码中又使用了默认的ForkJoin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。

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(5, 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。

感谢

声明: 公众号如需转载该篇文章,发表文章的头部一定要 告知是转至公众号: 后端元宇宙。同时也可以问本人要markdown原稿和原图片。其它情况一律禁止转载!

点赞