CompletableFuture编排异步线程

CompletableFuture 是 Java 8 引入的一种新的 Future，设计目的是为了编写非阻塞的异步代码。

传统异步编程方式

传统异步编程方式获得异步任务值，首先我们得通过future task ，然后创建一个实现callable内部类，或者通过lambda的表达式，然后再结合thread，或者线程池的方式去执行它，具体代码如下。

import java.util.concurrent.*;

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new Callable<String>() {
            @Override
            public String call() throws Exception {
                Thread.sleep(2000);
                return "futureTask 执行完成";
            }
        });

        new Thread(futureTask).start();
        //get()方法作用：以阻塞的方式获取任务执行结果
        System.out.println("new Thread的方式获取结果：" + futureTask.get());

        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        executorService.submit(futureTask);
        //get()方法作用：以阻塞的方式获取任务执行结果
        System.out.println("线程池的方式获取结果：" + futureTask.get());
        executorService.shutdown(); // 关闭线程池

        System.out.println("TODO...");
    }

}

运行结果：
在这里插入图片描述
可以看出整个实现过程比较麻烦，想要获得返回值会调用它的get()方法，会阻塞后面的代码，如果后面的代码并不依赖future task的返回值的话，其实我们更希望以并行的方式去执行，性能肯定是更高的，那么我们结合CompletableFuture来进行改造。

CompletableFuture实现异步编程方式

1.异步执行

supplyAsync

supplyAsync是创建带有返回值的异步任务。它有如下两个方法，一个是使用默认线程池（ForkJoinPool.commonPool()）的方法，一个是带有自定义线程池的重载方法。

// 带返回值异步请求，默认线程池
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)
 
// 带返回值的异步请求，可以自定义线程池
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)

具体代码：

import java.util.concurrent.*;

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return "默认线程池执行有返回值的任务";
        });
        System.out.println(completableFuture.get());//get()方法抛出ExecutionException, InterruptedException检查时异常，程序必须做处理

        // 自定义线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        CompletableFuture<String> completableFutureWithThreadExecutor = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return "自定义线程池执行有返回值的任务";
        },executorService);
        System.out.println(completableFutureWithThreadExecutor.join());//join()方法只抛出运行时异常，程序可不做处理
        
    }

}

运行结果：

在这里插入图片描述

runAsync

runAsync是创建没有返回值的异步任务。它有如下两个方法，一个是使用默认线程池（ForkJoinPool.commonPool()）的方法，一个是带有自定义线程池的重载方法，具体代码如下。

import java.util.concurrent.*;

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("默认线程池执行没有返回值的任务");
        });
        System.out.println("result:" + completableFuture.get());

        // 自定义线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        CompletableFuture<Void> completableFutureWithThreadExecutor = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("自定义线程池执行没有返回值的任务");

        },executorService);
        System.out.println("result:" + completableFutureWithThreadExecutor.get());

    }

}

运行结果：
在这里插入图片描述

2.获取任务结果的方法

// 如果完成则返回结果，否则就抛出具体的异常
public T get() throws InterruptedException, ExecutionException 
 
// 最大时间等待返回结果，否则就抛出具体异常
public T get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException
 
// 完成时返回结果值，否则抛出unchecked异常。为了更好地符合通用函数形式的使用，如果完成此 CompletableFuture所涉及的计算引发异常，则此方法将引发unchecked异常并将底层异常作为其原因
public T join()
 
// 如果完成则返回结果值（或抛出任何遇到的异常），否则返回给定的 valueIfAbsent。
public T getNow(T valueIfAbsent)
 
// 如果任务没有完成，返回的值设置为给定值
public boolean complete(T value)
 
// 如果任务没有完成，就抛出给定异常
public boolean completeExceptionally(Throwable ex)

3.多任务组合处理

allOf / anyOf

allOf：CompletableFuture是多个任务都执行完成后才会执行，只有有一个任务执行异常，则返回的CompletableFuture执行get方法时会抛出异常，如果都是正常执行，则get返回null，具体代码如下。

import java.util.concurrent.*;

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<String> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("cf1 任务完成");
            return "cf1 任务完成";
        });

        CompletableFuture<String> cf2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....");
                int a = 1/0;
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("cf2 任务完成");
            return "cf2 任务完成";
        });
        CompletableFuture<Void> cfAll = CompletableFuture.allOf(cf1, cf2);
        System.out.println("cfAll结果->" + cfAll.get());
    }

}

运行结果：
在这里插入图片描述

anyOf ：CompletableFuture是多个任务只要有一个任务执行完成，则返回的CompletableFuture执行get方法时会抛出异常，如果都是正常执行，则get返回执行完成任务的结果，具体代码如下。

import java.util.concurrent.*;

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<String> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("cf1 任务完成");
            return "cf1 任务完成";
        });

        CompletableFuture<String> cf2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....");
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("cf2 任务完成");
            return "cf2 任务完成";
        });
        CompletableFuture<Object> cfAll = CompletableFuture.anyOf(cf1, cf2);
        System.out.println("cfAll结果->" + cfAll.get());
    }

}

运行结果：
在这里插入图片描述

4.异步回调处理

thenRun和thenRunAsync

thenRun表示某个任务执行完成后执行的动作，即回调方法，无入参，无返回值，具体代码如下。

import java.util.concurrent.*;

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
            return 1;
        });

        CompletableFuture<Void> cf2 = cf1.thenRun(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....");
        });

        //等待任务1执行完成
        System.out.println("cf1结果->" + cf1.get());
        //等待任务2执行完成
        System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());
    }

}

运行结果：
在这里插入图片描述

thenRunAsync具体代码如下。

import java.util.concurrent.*;

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
            return 1;
        });

        CompletableFuture<Void> cf2 = cf1.thenRunAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....");
        });

        //等待任务1执行完成
        System.out.println("cf1结果->" + cf1.get());
        //等待任务2执行完成
        System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());
    }

}

运行结果：
在这里插入图片描述
从上面代码和测试结果我们发现thenRun和thenRunAsync区别在于，使用thenRun方法时子任务与父任务使用的是同一个线程，而thenRunAsync在子任务中可能是另起一个线程执行任务，并且thenRunAsync可以自定义线程池，默认的使用ForkJoinPool.commonPool()线程池。

thenAccept和thenAcceptAsync

thenAccep表示某个任务执行完成后执行的动作，即回调方法，会将该任务的执行结果即方法返回值作为入参传递到回调方法中，无返回值，具体代码如下。

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
            return 1;
        });

        CompletableFuture<Void> cf2 = cf1.thenAccept((result) -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....,入参：" + result);
        });

        //等待任务1执行完成
        System.out.println("cf1结果->" + cf1.get());
        //等待任务2执行完成
        System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());
    }

}

运行结果：
在这里插入图片描述
测试结果我们发现thenAccep和thenAccepAsync区别在于，使用thenAccep方法时子任务与父任务使用的是同一个线程，而thenAccepAsync在子任务中可能是另起一个线程执行任务，并且thenAccepAsync可以自定义线程池，默认的使用ForkJoinPool.commonPool()线程池。

thenApply和thenApplyAsync

thenApply 表示某个任务执行完成后执行的动作，即回调方法，会将该任务的执行结果即方法返回值作为入参传递到回调方法中，带有返回值，具体代码如下。

import java.util.concurrent.*;

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
            return 1;
        });

        CompletableFuture<Integer> cf2 = cf1.thenApplyAsync((result) -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....");
            result += 2;
            return result;
        });
        //等待任务1执行完成
        System.out.println("cf1结果->" + cf1.get());
        //等待任务2执行完成
        System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());
    }

}

运行结果：
在这里插入图片描述
从上面代码和测试结果我们发现thenApply和thenApplyAsync区别在于，使用thenApply方法时子任务与父任务使用的是同一个线程，而thenApplyAsync在子任务中是另起一个线程执行任务，并且thenApplyAsync可以自定义线程池，默认的使用ForkJoinPool.commonPool()线程池。

whenComplete和whenCompleteAsync

whenComplete是当某个任务执行完成后执行的回调方法，会将执行结果或者执行期间抛出的异常传递给回调方法，如果是正常执行则异常为null，回调方法对应的CompletableFuture的result和该任务一致，如果该任务正常执行，则get方法返回执行结果，如果是执行异常，则get方法抛出异常，具体代码如下。

import java.util.concurrent.*;

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
            int a = 1/0;
            return 1;
        });

        CompletableFuture<Integer> cf2 = cf1.whenComplete((result, e) -> {
            System.out.println("上个任务结果：" + result);
            System.out.println("上个任务抛出异常：" + e);
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....");
        });

//        //等待任务1执行完成
//        System.out.println("cf1结果->" + cf1.get());
//        //等待任务2执行完成
        System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());
    }

}

运行结果：
在这里插入图片描述

handle和handleAsync

跟whenComplete基本一致，区别在于handle的回调方法有返回值，具体代码如下。

import java.util.concurrent.*;

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
            //int a = 1/0;
            return 1;
        });

        CompletableFuture<Integer> cf2 = cf1.handle((result, e) -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something....");
            System.out.println("上个任务结果：" + result);
            System.out.println("上个任务抛出异常：" + e);
            return result+2;
        });

        //等待任务2执行完成
        System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());
    }

}

运行结果：
在这里插入图片描述

总结

以上例子展示了 CompletableFuture 的基本使用方法，包括创建异步任务、结果处理、异常处理和结果组合。在实际开发中，你可以根据需要组合使用这些方法来实现复杂的异步逻辑。

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