Java8新特性整理之CompletableFuture：组合式、异步编程（七）

本文主要是介绍Java8新特性整理之CompletableFuture：组合式、异步编程（七），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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类将使得这些成为可能。

CompletableFuture

JDK1.8才新加入的一个实现类CompletableFuture，实现了Future<T>, CompletionStage<T>两个接口。

当一个Future可能需要显示地完成时，使用CompletionStage接口去支持完成时触发的函数和操作。

当两个及以上线程同时尝试完成、异常完成、取消一个CompletableFuture时，只有一个能成功。

CompletableFuture实现了CompletionStage接口的如下策略：

为了完成当前的CompletableFuture接口或者其他完成方法的回调函数的线程，提供了非异步的完成操作。
没有显式入参Executor的所有async方法都使用ForkJoinPool.commonPool()为了简化监视、调试和跟踪，所有生成的异步任务都是标记接口AsynchronousCompletionTask的实例。
所有的CompletionStage方法都是独立于其他共有方法实现的，因此一个方法的行为不会受到子类中其他方法的覆盖。

CompletableFuture实现了Future接口的如下策略：

CompletableFuture无法直接控制完成，所以cancel操作被视为是另一种异常完成形式。方法isCompletedExceptionally可以用来确定一个CompletableFuture是否以任何异常的方式完成。
以一个CompletionException为例，方法get()和get(long,TimeUnit)抛出一个ExecutionException，对应CompletionException。为了在大多数上下文中简化用法，这个类还定义了方法join()和getNow，而不是直接在这些情况中直接抛出CompletionException。

CompletableFuture中4个异步执行任务静态方法：

public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier) {return asyncSupplyStage(asyncPool, supplier);}public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier,Executor executor) {return asyncSupplyStage(screenExecutor(executor), supplier);
}public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable) {return asyncRunStage(asyncPool, runnable);
}public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable, Executor executor) {return asyncRunStage(screenExecutor(executor), runnable);
}

其中supplyAsync用于有返回值的任务，runAsync则用于没有返回值的任务。Executor参数可以手动指定线程池，否则默认ForkJoinPool.commonPool()系统级公共线程池，
注意：这些线程都是Daemon线程，主线程结束Daemon线程不结束，只有JVM关闭时，生命周期终止。

异常处理

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：

@Test
public void test1() throws ExecutionException, InterruptedException {CompletableFuture<String> completableFuture = new CompletableFuture<>();new Thread(() -> {// 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("ok");}).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);
}

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TimeoutException 。不过，也因为如此，你不能确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。

@Test
public void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {CompletableFuture<String> completableFuture = new CompletableFuture<>();new Thread(() -> {// 模拟执行耗时任务System.out.println("task doing...");try {Thread.sleep(3000);int i = 1/0;} catch (Exception e) {// 告诉completableFuture任务发生异常了completableFuture.completeExceptionally(e);}// 告诉completableFuture任务已经完成completableFuture.complete("ok");}).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);
}

举个栗子

JDK CompletableFuture 自带多任务组合方法allOf和anyOf

allOf是等待所有任务完成，构造后CompletableFuture完成

anyOf是只要有一个任务完成，构造后CompletableFuture就完成

其它方法的中文解释查看此文☞ https://www.jianshu.com/p/6f3ee90ab7d3

public class CompletableFutureDemo {@Testpublic void test1(){long start = System.currentTimeMillis();// 结果集List<String> list = new ArrayList<>();ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);List<Integer> taskList = Arrays.asList(2, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);// 全流式处理转换成CompletableFuture[]+组装成一个无返回值CompletableFuture，join等待执行完毕。返回结果whenComplete获取CompletableFuture[] cfs = taskList.stream().map(integer -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> calc(integer), executorService).thenApply(h->Integer.toString(h)).whenComplete((s, e) -> {System.out.println("任务"+s+"完成!result="+s+"，异常 e="+e+","+new Date());list.add(s);})).toArray(CompletableFuture[]::new);// 封装后无返回值，必须自己whenComplete()获取CompletableFuture.allOf(cfs).join();System.out.println("list="+list+",耗时="+(System.currentTimeMillis()-start));}public int calc(Integer i) {try {if (i == 1) {Thread.sleep(3000);//任务1耗时3秒} else if (i == 5) {Thread.sleep(5000);//任务5耗时5秒} else {Thread.sleep(1000);//其它任务耗时1秒}System.out.println("task线程：" + Thread.currentThread().getName()+ "任务i=" + i + ",完成！+" + new Date());} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}return i;}
}

常用多线程并发，取结果归集的几种实现方案

描述	Future	FutureTask	CompletionService	CompletableFuture
原理	Future接口	接口RunnableFuture的唯一实现类，RunnableFuture接口继承自Future+Runnable	内部通过阻塞队列+FutureTask接口	JDK8实现了Future, CompletionStage两个接口
多任务并发执行	支持	支持	支持	支持
获取任务结果的顺序	按照提交顺序获取结果	未知	支持任务完成的先后顺序	支持任务完成的先后顺序
异常捕捉	自己捕捉	自己捕捉	自己捕捉	原生API支持，返回每个任务的异常
建议	CPU高速轮询，耗资源，可以使用，但不推荐	功能不对口，并发任务这一块多套一层，不推荐使用	推荐使用，没有JDK8CompletableFuture之前最好的方案，没有质疑	API极端丰富，配合流式编程，速度飞起，推荐使用！