异步神器CompletableFuture

介绍

上个礼拜我们线上有个接口比较慢，这个接口在刚开始响应时间是正常的。但随着数据量的增多，响应时间变慢了。

这个接口里面顺序调用了2个服务，且2个服务之间没有数据依赖。我就用CompletableFuture把调用2个服务的过程异步化了一下，响应时间也基本上缩短为原来的一半，问题解决。

正好上次分享了函数式接口和Stream的使用，这次就分享一下CompletableFuture，里面也用到了大量的函数式接口

想方便的异步执行任务，就必须放到单独的线程中。继承Thread类，实现Runnable都不能拿到任务的执行结果，这时就不得不提创建线程的另一种方式了，实现Callable接口。

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

Callable接口一般配合ExecutorService来使用

// ExecutorService.java
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);

ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
Future<Integer> result = executor.submit(() -> {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        sum += i;
    }
    return sum;
});
// 4950
System.out.println(result.get());

我们从Future中获取结果

public interface Future<V> {

 // 取消任务的执行
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);

 // 任务是否已经取消
    boolean isCancelled();

 // 任务是否已经完成
    boolean isDone();

 // 获取任务执行结果，会阻塞线程
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;

 // 超时获取任务执行结果，会阻塞线程
    V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

对于简单的场景使用Future并没有什么不方便。但是一些复杂的场景就很麻烦，如2个异步任务，其中一个有结果就直接返回。Future用起来就不方便，因为想获取结果时，要么执行future.get()方法，但是这样会阻塞线程，变成同步操作，要么轮询isDone()方法，但是比较耗费CPU资源。

Netty和Google guava为了解决这个问题，在Future的基础上引入了观察者模式（即在Future上addListener），当计算结果完成时通知监听者。

Java8新增的CompletableFuture则借鉴了Netty等对Future的改造，简化了异步编程的复杂性，并且提供了函数式编程的能力

创建CompletableFuture对象

方法名	描述
completedFuture(U value)	返回一个已经计算好的CompletableFuture
runAsync(Runnable runnable)	使用ForkJoinPool.commonPool()作为线程池执行任务，没有返回值
runAsync(Runnable runnable, Executor executor)	使用指定的线程池执行任务，没有返回值
supplyAsync(Supplier<U> supplier)	使用ForkJoinPool.commonPool()作为线程池执行任务，有返回值
supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)	使用指定的线程池执行任务，有返回值

@FunctionalInterface
public interface Supplier<T> {
    T get();
}

Supplier在《用好强大的Stream》中已经介绍过了，是一个能获取返回值的函数式接口

CompletableFuture<Integer> intFuture = CompletableFuture.completedFuture(100);
// 100
System.out.println(intFuture.get());

CompletableFuture<Void> voidFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> System.out.println("hello"));
// null
System.out.println(voidFuture.get());

CompletableFuture<String> stringFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello");
// hello
System.out.println(stringFuture.get());

计算结果完成时

方法名
whenComplete(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action)
whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action)
whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action, Executor executor)

因为入参是BiConsumer<? super T,? super Throwable>函数式接口，所以可以处理正常和异常的计算结果

whenComplete和whenCompleteAsync的区别如下

whenComplete：执行完当前任务的线程继续执行whenComplete的任务
whenCompleteAsync：把whenCompleteAsync这个任务提交给线程池来执行

CompletableFuture的所有方法的定义和whenComplete都很类似

方法不以Async结尾意味着使用相同的线程执行
方法以Async结尾意味着将任务提交到线程池来执行
方法以Async结尾时可以用ForkJoinPool.commonPool()作为线程池，也可以使用自己的线程池

后续介绍的所有方法都只写一种case

CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    return "hello";
}).whenComplete((v, e) -> {
    // hello
    System.out.println(v);
});
// hello
System.out.println(future.get());

转换，消费，执行

方法名	描述
thenApply	获取上一个任务的返回，并返回当前任务的值
thenAccept	获取上一个任务的返回，单纯消费，没有返回值
thenRun	上一个任务执行完成后，开始执行thenRun中的任务

CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    return "hello ";
}).thenAccept(str -> {
    // hello world
    System.out.println(str + "world");
}).thenRun(() -> {
    // task finish
    System.out.println("task finish");
});

组合（两个任务都完成）

方法名	描述
thenCombine	组合两个future，获取两个future的返回结果，并返回当前任务的返回值
thenAcceptBoth	组合两个future，获取两个future任务的返回结果，然后处理任务，没有返回值
runAfterBoth	组合两个future，不需要获取future的结果，只需两个future处理完任务后，处理该任务

CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    return "欢迎关注 ";
}).thenApply(t -> {
    return t + "微信公众号 ";
}).thenCombine(CompletableFuture.completedFuture("Java识堂"), (t, u) -> {
    return t + u;
}).whenComplete((t, e) -> {
    // 欢迎关注 微信公众号 Java识堂
    System.out.println(t);
});

组合（只需要一个任务完成）

方法名	描述
applyToEither	两个任务有一个执行完成，获取它的返回值，处理任务并返回当前任务的返回值
acceptEither	两个任务有一个执行完成，获取它的返回值，处理任务，没有返回值
runAfterEither	两个任务有一个执行完成，不需要获取future的结果，处理任务，也没有返回值

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    sleepRandom();
    return "欢迎关注微信公众号";
});
CompletableFuture future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    sleepRandom();
    return "Java识堂";
});
CompletableFuture future = future1.applyToEither(future2, str -> str);
// 欢迎关注微信公众号 Java识堂 随机输出
System.out.println(future.get());

sleepRandom()为我写的一个随机暂停的函数

多任务组合

方法名	描述
allOf	当所有的CompletableFuture完成后执行计算
anyOf	任意一个CompletableFuture完成后执行计算

allOf的使用

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    sleepRandom();
    return "欢迎关注";
});
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    sleepRandom();
    return "微信公众号";
});
CompletableFuture<String> future3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    sleepRandom();
    return "Java识堂";
});
// 欢迎关注 微信公众号 Java识堂
CompletableFuture.allOf(future1, future2, future3)
        .thenApply(v ->
                Stream.of(future1, future2, future3)
                        .map(CompletableFuture::join)
                        .collect(Collectors.joining(" ")))
        .thenAccept(System.out::print);

anyOf的使用

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    sleepRandom();
    return "欢迎关注";
});
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    sleepRandom();
    return "微信公众号";
});
CompletableFuture<String> future3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    sleepRandom();
    return "Java识堂";
});
CompletableFuture<Object> resultFuture = CompletableFuture.anyOf(future1, future2, future3);
// 欢迎关注 微信公众号 Java识堂 随机输出
System.out.println(resultFuture.get());

异常处理

方法名	描述
exceptionally	捕获异常，进行处理

CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    return 100 / 0;
}).thenApply(num -> {
    return num + 10;
}).exceptionally(throwable -> {
    return 0;
});
// 0
System.out.println(future.get());

当然有一些接口能捕获异常

CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    String str = null;
    return str.length();
}).whenComplete((v, e) -> {
    if (e == null) {
        System.out.println("正常结果为" + v);
    } else {
        // 发生异常了java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.NullPointerException
        System.out.println("发生异常了" + e.toString());
    }
});