异步编程CompletableFuture Api实践

概述

在Java编程中，经常需要异步执行某个任务，一般继承Thread类或实现Runnable接口的方法来异步执行任务，除了这两种方法外，还可实现Callable来实现，在使用Callable的同时一般都会使用Future来配合获取执行结果，这几种方式使用起来或多或少存在不足，在jdk1.8中，提供了一个异步处理任务的工具CompletableFuture，接下来就通过实际代码体验CompletableFuture的使用。

创建异步线程任务

根据supplier创建CompletableFuture任务

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> System.out.println("hello CompletableFuture1"), executor);
        // supplyAsync的使用
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
                .supplyAsync(() -> {
                    System.out.print("hello ");
                    return "CompletableFuture2";
                }, executor);

        // 阻塞等待，runAsync 的future 无返回值，输出null
        System.out.println(completableFuture.join());
        // 阻塞等待
        String name = future.join();
        System.out.println(name);
        executor.shutdown();
--------输出结果--------
hello CompletableFuture1
null
hello CompletableFuture2

线程串行执行

任务完成则运行action，不关心上一个任务的结果，无返回值

CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture
        .supplyAsync(() -> "hello siting", executor)
        .thenRunAsync(() -> System.out.println("OK"), executor);
executor.shutdown();
--------输出结果--------
OK

任务完成则运行fn，依赖上一个任务的结果，有返回值

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
        .supplyAsync(() -> "hello world", executor)
        .thenApplyAsync(data -> {
            System.out.println(data); return "OK";
        }, executor);
System.out.println(future.join());
executor.shutdown();
--------输出结果--------
hello world
OK

thenCompose - 任务完成则运行fn，依赖上一个任务的结果，有返回值

//第一个异步任务，常量任务
CompletableFuture<String> f = CompletableFuture.completedFuture("OK");
//第二个异步任务
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
        .supplyAsync(() -> "hello world", executor)
        .thenComposeAsync(data -> {
            System.out.println(data); return f; //使用第一个任务作为返回
        }, executor);
System.out.println(future.join());
executor.shutdown();
--------输出结果--------
hello world
OK

线程并行执行

两个CompletableFuture并行执行完，然后执行action，不依赖上两个任务的结果，无返回值

//第一个异步任务，常量任务
CompletableFuture<String> first = CompletableFuture.completedFuture("hello world");
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture
        //第二个异步任务
        .supplyAsync(() -> "hello siting", executor)
        // () -> System.out.println("OK") 是第三个任务
        .runAfterBothAsync(first, () -> System.out.println("OK"), executor);
executor.shutdown();
--------输出结果--------
OK

两个CompletableFuture并行执行完，然后执行action，依赖上两个任务的结果，无返回值

//第一个异步任务，常量任务
CompletableFuture<String> first = CompletableFuture.completedFuture("hello world");
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture
        //第二个异步任务
        .supplyAsync(() -> "hello siting", executor)
        // (w, s) -> System.out.println(s) 是第三个任务
        .thenAcceptBothAsync(first, (s, w) -> System.out.println(s), executor);
executor.shutdown();
--------输出结果--------
hello siting

两个CompletableFuture并行执行完，然后执行fn，依赖上两个任务的结果，有返回值

//第一个异步任务，常量任务
CompletableFuture<String> first = CompletableFuture.completedFuture("hello world");
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
        //第二个异步任务
        .supplyAsync(() -> "hello siting", executor)
        // (w, s) -> System.out.println(s) 是第三个任务
        .thenCombineAsync(first, (s, w) -> {
            System.out.println(s);
            return "OK";
        }, executor);
System.out.println(future.join());
executor.shutdown();
--------输出结果--------
hello siting
OK

线程并行执行（二者选其最快）

线程并行执行，谁先执行完则谁触发下一任务

上一个任务或者other任务完成, 运行action，不依赖前一任务的结果，无返回值

// 第一个异步任务，休眠1秒，保证最晚执行晚
CompletableFuture<String> first = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
    try{ Thread.sleep(1000); }catch (Exception e){}
    System.out.println("hello world");
    return "hello world";
});
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture
        // 第二个异步任务
        .supplyAsync(() ->{
            System.out.println("hello siting");
            return "hello siting";
        } , executor)
        // () ->  System.out.println("OK") 是第三个任务
        .runAfterEitherAsync(first, () ->  System.out.println("OK") , executor);
executor.shutdown();
--------输出结果--------
hello siting
OK

上一个任务或者other任务完成, 运行action，依赖最先完成任务的结果，无返回值

// 第一个异步任务，休眠1秒，保证最晚执行晚
CompletableFuture<String> first = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
    try{ Thread.sleep(1000);  }catch (Exception e){}
    return "hello world";
});
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture
        // 第二个异步任务
        .supplyAsync(() -> "hello siting", executor)
        // data ->  System.out.println(data) 是第三个任务
        .acceptEitherAsync(first, data ->  System.out.println(data) , executor);
executor.shutdown();
--------输出结果--------
hello siting

上一个任务或者other任务完成, 运行fn，依赖最先完成任务的结果，有返回值

//第一个异步任务，休眠1秒，保证最晚执行晚
CompletableFuture<String> first = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
    try{ Thread.sleep(1000);  }catch (Exception e){}
    return "hello world";
});
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
        //第二个异步任务
        .supplyAsync(() -> "hello siting", executor)
        // data ->  System.out.println(data) 是第三个任务
        .applyToEitherAsync(first, data ->  {
            System.out.println(data);
            return "OK";
        } , executor);
System.out.println(future);
executor.shutdown();
--------输出结果--------
hello siting
OK

处理任务结果或者异常

exceptionally-处理异常：如果之前的处理环节有异常问题，则会触发exceptionally的调用相当于 try...catch

CompletableFuture<Integer> first = CompletableFuture
        .supplyAsync(() -> {
            if (true) {
                throw new RuntimeException("main error!");
            }
            return "hello world";
        })
        .thenApply(data -> 1)
        .exceptionally(e -> {
            e.printStackTrace(); // 异常捕捉处理，前面两个处理环节的日常都能捕获
            return 0;
        });

handle-任务完成或者异常时运行fn，返回值为fn的返回

CompletableFuture<Integer> first = CompletableFuture
        .supplyAsync(() -> {
            if (true) { throw new RuntimeException("main error!"); }
            return "hello world";
        })
        .thenApply(data -> 1)
        .handleAsync((data,e) -> {
            e.printStackTrace(); // 异常捕捉处理
            return data;
        });
System.out.println(first.join());
--------输出结果--------
java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.RuntimeException: main error!
    ... 5 more
null

whenComplete-任务完成或者异常时运行action，有返回值

• whenComplete与handle的区别在于，它不参与返回结果的处理，把它当成监听器即可
• 即使异常被处理，在CompletableFuture外层，异常也会再次复现
• 使用whenCompleteAsync时，返回结果则需要考虑多线程操作问题，毕竟会出现两个线程同时操作一个结果

CompletableFuture<AtomicBoolean> first = CompletableFuture
        .supplyAsync(() -> {
            if (true) {  throw new RuntimeException("main error!"); }
            return "hello world";
        })
        .thenApply(data -> new AtomicBoolean(false))
        .whenCompleteAsync((data,e) -> {
            //异常捕捉处理, 但是异常还是会在外层复现
            System.out.println(e.getMessage());
        });
first.join();
--------输出结果--------
java.lang.RuntimeException: main error!
Exception in thread "main" java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.RuntimeException: main error!
    ... 5 more

多个任务的简单组合

 CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture
        .allOf(CompletableFuture.completedFuture("A"),
                CompletableFuture.completedFuture("B"));
//全部任务都需要执行完
future.join();
CompletableFuture<Object> future2 = CompletableFuture
        .anyOf(CompletableFuture.completedFuture("C"),
                CompletableFuture.completedFuture("D"));
//其中一个任务行完即可
future2.join();

取消执行线程任务

CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture
        .supplyAsync(() -> {
            try { Thread.sleep(1000);  } catch (Exception e) { }
            return "hello world";
        })
        .thenApply(data -> 1);

System.out.println("任务取消前:" + future.isCancelled());
// 如果任务未完成,则返回异常,需要对使用exceptionally，handle 对结果处理
future.cancel(true);
System.out.println("任务取消后:" + future.isCancelled());
future = future.exceptionally(e -> {
    e.printStackTrace();
    return 0;
});
System.out.println(future.join());
--------输出结果--------
任务取消前:false
任务取消后:true
java.util.concurrent.CancellationException
    at java.util.concurrent.CompletableFuture.cancel(CompletableFuture.java:2276)
    at Test.main(Test.java:25)