CompletableFuture异步编程

Java 在 1.8 版本提供了 CompletableFuture 来支持异步编程。

// 使用默认线程池

static CompletableFuture<Void>

  runAsync(Runnable runnable)

static <U> CompletableFuture<U>

  supplyAsync(Supplier<U> supplier)

// 可以指定线程池 

static CompletableFuture<Void>

  runAsync(Runnable runnable, Executor executor)

static <U> CompletableFuture<U>

  supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)

创建 CompletableFuture 对象主要靠代码中展示的这 4 个静态方法,我们先看前两个。在烧水泡茶的例子中,我们已经使用了runAsync(Runnable runnable)和supplyAsync(Supplier<U> supplier),它们之间的区别是:Runnable 接口的 run() 方法没有返回值,而 Supplier 接口的 get() 方法是有返回值的。前两个方法和后两个方法的区别在于:后两个方法可以指定线程池参数

默认情况下 CompletableFuture 会使用公共的 ForkJoinPool 线程池,这个线程池默认创建的线程数是 CPU 的核数(也可以通过 JVM option:-Djava.util.concurrent.ForkJoinPool.common.parallelism 来设置 ForkJoinPool 线程池的线程数)。如果所有 CompletableFuture 共享一个线程池,那么一旦有任务执行一些很慢的 I/O 操作,就会导致线程池中所有线程都阻塞在 I/O 操作上,从而造成线程饥饿,进而影响整个系统的性能。所以,强烈建议你要根据不同的业务类型创建不同的线程池,以避免互相干扰

创建完 CompletableFuture 对象之后,会自动地异步执行 runnable.run() 方法或者 supplier.get() 方法,对于一个异步操作,你需要关注两个问题:一个是异步操作什么时候结束,另一个是如何获取异步操作的执行结果。因为 CompletableFuture 类实现了 Future 接口,所以这两个问题你都可以通过 Future 接口来解决。另外,CompletableFuture 类还实现了 CompletionStage 接口,这个接口内容实在是太丰富了,在 1.8 版本里有 40 个方法。CompletionStage 接口你可以站在分工的角度类比一下工作流。任务是有时序关系的,比如有串行关系、并行关系、汇聚关系等。

CompletionStage 接口可以清晰地描述任务之间的这种时序关系,例如前面提到的 f3 = f1.thenCombine(f2, ()->{}) 描述的就是一种汇聚关系。f3要等到f1和f2完成后在执行。CompletionStage 接口如何描述串行关系、AND 聚合关系、OR 聚合关系以及异常处理。

1. 描述串行关系

CompletionStage 接口里面描述串行关系,主要是 thenApply、thenAccept、thenRun 和 thenCompose 这四个系列的接口。

thenApply 系列函数里参数 fn 的类型是接口 Function,这个接口里与 CompletionStage 相关的方法是 R apply(T t),这个方法既能接收参数也支持返回值,所以 thenApply 系列方法返回的是CompletionStage<R>。

而 thenAccept 系列方法里参数 consumer 的类型是接口Consumer<T>,这个接口里与 CompletionStage 相关的方法是 void accept(T t),这个方法虽然支持参数,但却不支持回值,所以 thenAccept 系列方法返回的是CompletionStage<Void>。

thenRun 系列方法里 action 的参数是 Runnable,所以 action 既不能接收参数也不支持返回值,所以 thenRun 系列方法返回的也是CompletionStage<Void>。

这些方法里面 Async 代表的是异步执行 fn、consumer 或者 action。其中,需要你注意的是 thenCompose 系列方法,这个系列的方法会新创建出一个子流程,最终结果和 thenApply 系列是相同的。

CompletionStage<R> thenApply(fn);

CompletionStage<R> thenApplyAsync(fn);

CompletionStage<Void> thenAccept(consumer);

CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(consumer);

CompletionStage<Void> thenRun(action);

CompletionStage<Void> thenRunAsync(action);

CompletionStage<R> thenCompose(fn);

CompletionStage<R> thenComposeAsync(fn);

通过下面的示例代码,你可以看一下 thenApply() 方法是如何使用的。首先通过 supplyAsync() 启动一个异步流程,之后是两个串行操作,整体看起来还是挺简单的。不过,虽然这是一个异步流程,但任务①②③却是串行执行的,②依赖①的执行结果,③依赖②的执行结果。

CompletableFuture<String> f0 =

  CompletableFuture.supplyAsync(

    () -> "Hello World")      //①

  .thenApply(s -> s + " QQ")  //②

  .thenApply(String::toUpperCase);//③

System.out.println(f0.join());

// 输出结果

HELLO WORLD QQ

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