CompletableFuture实现异步编排

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科技最前线 2023-02-01 17:21:53

为什么需要异步执行？

场景：电商系统中获取一个完整的商品信息可能分为以下几步：①获取商品基本信息 ②获取商品图片信息 ③获取商品促销活动信息 ④获取商品各种类的基本信息 等操作，如果使用串行方式去执行这些操作，假设每个操作执行1s，那么用户看到完整的商品详情就需要4s的时间，如果使用并行方式执行这些操作，可能只需要1s就可以完成。所以这就是异步执行的好处。

JDK5的Future接口

Future接口用于代表异步计算的结果，通过Future接口提供的方法可以查看异步计算是否执行完成，或者等待执行结果并获取执行结果，同时还可以取消执行。

列举Future接口的方法：

get()：获取任务执行结果，如果任务还没完成则会阻塞等待直到任务执行完成。如果任务被取消则会抛出CancellationException异常，如果任务执行过程发生异常则会抛出ExecutionException异常，如果阻塞等待过程中被中断则会抛出InterruptedException异常。
get(long timeout,Timeunit unit)：带超时时间的get()方法，如果阻塞等待过程中超时则会抛出TimeoutException异常。
cancel()：用于取消异步任务的执行。如果异步任务已经完成或者已经被取消，或者由于某些原因不能取消，则会返回false。如果任务还没有被执行，则会返回true并且异步任务不会被执行。如果任务已经开始执行了但是还没有执行完成，若mayInterruptIfRunning为true，则会立即中断执行任务的线程并返回true，若mayInterruptIfRunning为false，则会返回true且不会中断任务执行线程。
isCanceled()：判断任务是否被取消，如果任务在结束(正常执行结束或者执行异常结束)前被取消则返回true，否则返回false。
isDone()：判断任务是否已经完成，如果完成则返回true，否则返回false。需要注意的是：任务执行过程中发生异常、任务被取消也属于任务已完成，也会返回true。

使用Future接口和Callable接口实现异步执行：

public static void main(String[] args) {
  // 快速创建线程池
  ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
  // 获取商品基本信息（可以使用Lambda表达式简化Callable接口，这里为了便于观察不使用）
  Future<String> future1 = executorService.submit(new Callable<String>() {
    @Override
    public String call() throws Exception {
      return "获取到商品基本信息";
    }
  });
  // 获取商品图片信息
  Future<String> future2 = executorService.submit(new Callable<String>() {
    @Override
    public String call() throws Exception {
      return "获取商品图片信息";
    }
  });
  // 获取商品促销信息
  Future<String> future3 = executorService.submit(new Callable<String>() {
    @Override
    public String call() throws Exception {
      return "获取商品促销信息";
    }
  });
  // 获取商品各种类基本信息
  Future<String> future4 = executorService.submit(new Callable<String>() {
    @Override
    public String call() throws Exception {
      return "获取商品各种类基本信息";
    }
  });
        // 获取结果
  try {
    System.out.println(future1.get());
    System.out.println(future2.get());
    System.out.println(future3.get());
    System.out.println(future4.get());
  } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
  }finally {
    executorService.shutdown();
  }
}
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既然Future可以实现异步执行并获取结果，为什么还会需要CompletableFuture?

简述一下Future接口的弊端：

不支持手动完成

当提交了一个任务，但是执行太慢了，通过其他路径已经获取到了任务结果，现在没法把这个任务结果通知到正在执行的线程，所以必须主动取消或者一直等待它执行完成。

不支持进一步的非阻塞调用

通过Future的get()方法会一直阻塞到任务完成，但是想在获取任务之后执行额外的任务，因为 Future 不支持回调函数，所以无法实现这个功能。

不支持链式调用

对于Future的执行结果，想继续传到下一个Future处理使用，从而形成一个链式的pipline调用，这在 Future中无法实现。

不支持多个 Future 合并

比如有10个Future并行执行，想在所有的Future运行完毕之后，执行某些函数，是无法通过Future实现的。

不支持异常处理

Future的API没有任何的异常处理的api，所以在异步运行时，如果出了异常问题不好定位。

使用Future接口可以通过get()阻塞式获取结果或者通过轮询＋isDone()非阻塞式获取结果，但是前一种方法会阻塞，后一种会耗费CPU资源，所以JDK的Future接口实现异步执行对获取结果不太友好，所以在JDK8时推出了CompletableFuture实现异步编排。

CompletableFuture的使用

CompletableFuture概述

JDK8中新增加了一个包含50个方法左右的类CompletableFuture，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。

public class CompletableFuture<T> implements Future<T>, CompletionStage<T>
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CompletableFuture类实现了Future接口和CompletionStage接口，即除了可以使用Future接口的所有方法之外，CompletionStage<T>接口提供了更多方法来更好的实现异步编排，并且大量的使用了JDK8引入的函数式编程概念。后面会细致的介绍常用的API。

CompletableFuture实现异步编排_System

① 创建CompletableFuture的方式

使用new关键字创建

// 无返回结果
CompletableFuture<String> completableFuture = new CompletableFuture<>();
// 已知返回结果
CompletableFuture<String> completableFuture = new CompletableFuture<>("result");
// 已知返回结果（底层其实也是带参数的构造器赋值）
CompletableFuture<String> completedFuture = CompletableFuture.completedFuture("result");
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创建一个返回结果类型为String的CompletableFuture，可以使用Future接口的get()方法获取该值（同样也会阻塞）。

可以使用无参构造器返回一个没有结果的CompletableFuture，也可以通过构造器的传参CompletableFuture设置好返回结果，或者使用CompletableFuture.completedFuture(U value)构造一个已知结果的CompletableFuture。

使用CompletableFuture类的静态工厂方法（常用）

runAsync() 无返回值

// 使用默认线程池
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable)
// 使用自定义线程池（推荐）
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,Executor executor) 
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runAsync()方法的参数是Runnable接口，这是一个函数式接口，不允许返回值。当需要异步操作且不关心返回结果的时候可以使用runAsync()方法。

// 例子
public static void main(String[] args) {
    // 快速创建线程池
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
    try {
        // 通过Lambda表达式实现Runnable接口
        CompletableFuture.runAsync(()-> System.out.println("获取商品基本信息成功"), executor).get();
    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }finally {
        executor.shutdown();
    }
}
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supplyAsync() 有返回值

// 使用默认线程池
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)
// 使用自定义线程池（推荐）
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier,Executor executor)
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supplyAsync()方法的参数是Supplier<U>供给型接口（无参有返回值），这也是一个函数式接口，U是返回结果值的类型。当需要异步操作且关心返回结果的时候,可以使用supplyAsync()方法。

// 例子
public static void main(String[] args) {
  // 快速创建线程池
  ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
  try {
    // 通过Lambda表达式实现执行内容，并返回结果通过CompletableFuture接收
    CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
      System.out.println("获取商品信息成功");
      return "信息";
    }, executor);
    // 输出结果
    System.out.println(completableFuture.get());
  } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
  }finally {
    executor.shutdown();
  }
}  
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