青年IT男

个人从事金融行业,就职过易极付、思建科技等重庆一流技术团队,目前就职于某网约车平台负责整个支付系统建设。自身对金融行业有强烈的爱好。同时也实践大数据、数据存储、自动化集成和部署、分布式微服务、人工智能等领域。

Java8新特性8–使用CompletableFuture构建异步应用

Java8新特性8–使用CompletableFuture构建异步应用

使用CompletableFuture构建异步应用

Future 接口的局限性

future接口可以构建异步应用,但依然有其局限性。它很难直接表述多个Future 结果之间的依赖性。实际开发中,我们经常需要达成以下目的:

将两个异步计算合并为一个——这两个异步计算之间相互独立,同时第二个又依赖于第
一个的结果。
等待 Future 集合中的所有任务都完成。
仅等待 Future 集合中最快结束的任务完成(有可能因为它们试图通过不同的方式计算同
一个值),并返回它的结果。
通过编程方式完成一个 Future 任务的执行(即以手工设定异步操作结果的方式)。
应对 Future 的完成事件(即当 Future 的完成事件发生时会收到通知,并能使用 Future
计算的结果进行下一步的操作,不只是简单地阻塞等待操作的结果)
新的CompletableFuture将使得这些成为可能。

CompletableFuture

异步执行

首先,CompletableFuture实现了Future接口,因此你可以像Future那样使用它。

其次,CompletableFuture并非一定要交给线程池执行才能实现异步,你可以像下面这样实现异步运行。

public static void test1() throws Exception{
        CompletableFuture<String> completableFuture=new CompletableFuture();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //模拟执行耗时任务
                System.out.println("task doing...");
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                //告诉completableFuture任务已经完成
                completableFuture.complete("result");
            }
        }).start();
        //获取任务结果,如果没有完成会一直阻塞等待
        String result=completableFuture.get();
        System.out.println("计算结果:"+result);
    }

错误处理

如果没有意外,上面发的代码工作得很正常。但是,如果任务执行过程中产生了异常会怎样呢?

非常不幸,这种情况下你会得到一个相当糟糕的结果:异常会被限制在执行任务的线程的范围内,最终会杀死该线程,而这会导致等待 get 方法返回结果的线程永久地被阻塞。

客户端可以使用重载版本的 get 方法,它使用一个超时参数来避免发生这样的情况。这是一种值得推荐的做法,你应该尽量在你的代码中添加超时判断的逻辑,避免发生类似的问题。

使用这种方法至少能防止程序永久地等待下去,超时发生时,程序会得到通知发生了 Timeout-Exception 。不过,也因为如此,你不能指定执行任务的线程内到底发生了什么问题。

为了能获取任务线程内发生的异常,你需要使用
CompletableFuture 的completeExceptionally方法将导致CompletableFuture 内发生问题的异常抛出。这样,当执行任务发生异常时,调用get()方法的线程将会收到一个 ExecutionException 异常,该异常接收了一个包含失败原因的Exception 参数。

public static void test2() throws Exception{
        CompletableFuture<String> completableFuture=new CompletableFuture();
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    //模拟执行耗时任务
                    System.out.println("task doing...");
                    try {
                        Thread.sleep(3000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    throw new RuntimeException("抛异常了");
                }catch (Exception e) {
                    //告诉completableFuture任务发生异常了
                    completableFuture.completeExceptionally(e);
                }
            }
        }).start();
        //获取任务结果,如果没有完成会一直阻塞等待
        String result=completableFuture.get();
        System.out.println("计算结果:"+result);
    }

工厂方法

前面我们通过编程自己创建 CompletableFuture 对象以及如何获取返回值,虽然看起来这些操作已经比较方便,但还有进一步提升的空间.

CompletableFuture 类自身提供了大量精巧的工厂方法,使用这些方法能更容易地完成整个流程,还不用担心实现的细节。

supplyAsync 方法接受一个生产者(Supplier)作为参数,返回一个 CompletableFuture
对象。生产者方法会交由 ForkJoinPool池中的某个执行线程( Executor )运行,但是你也可以使用 supplyAsync 方法的重载版本,传递第二个参数指定线程池执行器执行生产者方法。

public static void test3() throws Exception {
        //supplyAsync内部使用ForkJoinPool线程池执行任务
        CompletableFuture<String> completableFuture=CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            //模拟执行耗时任务
            System.out.println("task doing...");
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //返回结果
            return "result";
        });
        System.out.println("计算结果:"+completableFuture.get());
    }

allOf 工厂方法接收一个由CompletableFuture 构成的数组,数组中的所有 Completable-Future 对象执行完成之后,它返回一个 CompletableFuture 对象。这意味着,如果你需要等待多个 CompletableFuture 对象执行完毕,对 allOf 方法返回的
CompletableFuture 执行 join 操作可以等待CompletableFuture执行完成。

或者你可能希望只要 CompletableFuture 对象数组中有任何一个执行完毕就不再等待,在这种情况下,你可以使用一个类似的工厂方法 anyOf 。

该方法接收一个 CompletableFuture 对象构成的数组,返回由第一个执行完毕的 CompletableFuture 对象的返回值构成的 CompletableFuture

public static void test4() throws Exception {

        CompletableFuture<String> completableFuture1=CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            //模拟执行耗时任务
            System.out.println("task1 doing...");
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //返回结果
            return "result1";
        });

        CompletableFuture<String> completableFuture2=CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            //模拟执行耗时任务
            System.out.println("task2 doing...");
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //返回结果
            return "result2";
        });

        CompletableFuture<Object> anyResult=CompletableFuture.anyOf(completableFuture1,completableFuture2);

        System.out.println("第一个完成的任务结果:"+anyResult.get());

        CompletableFuture<Void> allResult=CompletableFuture.allOf(completableFuture1,completableFuture2);

        //阻塞等待所有任务执行完成
        allResult.join();
        System.out.println("所有任务执行完成");

    }

将两个CompletableFuture建立联系

通常,我们会有多个需要独立运行但又有所依赖的的任务。比如先等用于的订单处理完毕然后才发送邮件通知客户。

thenCompose 方法允许你对两个异步操作进行流水线,第一个操作完成时,将其结果作为参数传递给第二个操作。你可以创建两个CompletableFutures 对象,对第一个 CompletableFuture 对象调用thenCompose ,并向其传递一个函数。当第一个CompletableFuture 执行完毕后,它的结果将作为该函数的参数,这个函数的返回值是以第一个 CompletableFuture 的返回做输入计算出的第二个 CompletableFuture 对象。

public static void test5() throws Exception {

        CompletableFuture<String> completableFuture1=CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            //模拟执行耗时任务
            System.out.println("task1 doing...");
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //返回结果
            return "result1";
        });

        //等第一个任务完成后,将任务结果传给参数result,执行后面的任务并返回一个代表任务的completableFuture
        CompletableFuture<String> completableFuture2= completableFuture1.thenCompose(result->CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            //模拟执行耗时任务
            System.out.println("task2 doing...");
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //返回结果
            return "result2";
        }));

        System.out.println(completableFuture2.get());

    }

另一种比较常见的情况是,你需要将两个完
全不相干的 CompletableFuture 对象的结果整合起来,而且你也不希望等到第一个任务完全结
束才开始第二项任务。

这种情况,你应该使用 thenCombine 方法,它接收名为 BiFunction 的第二参数,这个参数
定义了当两个 CompletableFuture 对象完成计算后,结果如何合并。

public static void test6() throws Exception {

        CompletableFuture<Integer> completableFuture1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            //模拟执行耗时任务
            System.out.println("task1 doing...");
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //返回结果
            return 100;
        });

        //将第一个任务与第二个任务组合一起执行,都执行完成后,将两个任务的结果合并
        CompletableFuture<Integer> completableFuture2 = completableFuture1.thenCombine(
                //第二个任务
                CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                    //模拟执行耗时任务
                    System.out.println("task2 doing...");
                    try {
                        Thread.sleep(3000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    //返回结果
                    return 2000;
                }),
                //合并函数
                (result1, result2) -> result1 + result2);

        System.out.println(completableFuture2.get());

    }

响应 CompletableFuture 的 completion 事件

我们可以在每个CompletableFuture 上注册一个操作,该操作会在 CompletableFuture 完成执行后调用它。CompletableFuture 通过 thenAccept 方法提供了这一功能,它接收
CompletableFuture 执行完毕后的返回值做参数。

public static void test7() throws Exception {

        CompletableFuture<Integer> completableFuture1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            //模拟执行耗时任务
            System.out.println("task1 doing...");
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //返回结果
            return 100;
        });

        //注册完成事件
        completableFuture1.thenAccept(result->System.out.println("task1 done,result:"+result));

        CompletableFuture<Integer> completableFuture2=
                //第二个任务
                CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                    //模拟执行耗时任务
                    System.out.println("task2 doing...");
                    try {
                        Thread.sleep(3000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    //返回结果
                    return 2000;
                });

        //注册完成事件
        completableFuture2.thenAccept(result->System.out.println("task2 done,result:"+result));

        //将第一个任务与第二个任务组合一起执行,都执行完成后,将两个任务的结果合并
        CompletableFuture<Integer> completableFuture3 = completableFuture1.thenCombine(completableFuture2,
                //合并函数
                (result1, result2) -> {
                    try {
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    return result1 + result2;
                });

        System.out.println(completableFuture3.get());

    }
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