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java高并发系列 - 第30天:JUC中工具类CompletableFuture,必备技能

这是java高并发系列第30篇。

环境:jkd1.8。

CompletableFuture是java8中新增的一个类,算是对Future的一种增强,用起来很方便,也是会经常用到的一个工具类,熟悉一下。

CompletionStage接口

  • CompletionStage代表异步计算过程中的某一个阶段,一个阶段完成以后可能会触发另外一个阶段
  • 一个阶段的计算执行可以是一个Function,Consumer或者Runnable。比如:stage.thenApply(x -> square(x)).thenAccept(x -> System.out.print(x)).thenRun(() -> System.out.println())
  • 一个阶段的执行可能是被单个阶段的完成触发,也可能是由多个阶段一起触发

CompletableFuture类

  • 在Java8中,CompletableFuture提供了非常强大的Future的扩展功能,可以帮助我们简化异步编程的复杂性,并且提供了函数式编程的能力,可以通过回调的方式处理计算结果,也提供了转换和组合 CompletableFuture 的方法。
  • 它可能代表一个明确完成的Future,也有可能代表一个完成阶段( CompletionStage ),它支持在计算完成以后触发一些函数或执行某些动作。
  • 它实现了Future和CompletionStage接口

常见的方法,熟悉一下:

runAsync 和 supplyAsync方法

CompletableFuture 提供了四个静态方法来创建一个异步操作。

public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable)
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable, Executor executor)
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)

没有指定Executor的方法会使用ForkJoinPool.commonPool() 作为它的线程池执行异步代码。如果指定线程池,则使用指定的线程池运行。以下所有的方法都类同。

  • runAsync方法不支持返回值。
  • supplyAsync可以支持返回值。

示例代码

//无返回值
public static void runAsync() throws Exception {
    CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println("run end ...");
    });

    future.get();
}

//有返回值
public static void supplyAsync() throws Exception {         
    CompletableFuture<Long> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println("run end ...");
        return System.currentTimeMillis();
    });

    long time = future.get();
    System.out.println("time = "+time);
}

计算结果完成时的回调方法

当CompletableFuture的计算结果完成,或者抛出异常的时候,可以执行特定的Action。主要是下面的方法:

public CompletableFuture<T> whenComplete(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action)
public CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action)
public CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action, Executor executor)
public CompletableFuture<T> exceptionally(Function<Throwable,? extends T> fn)

可以看到Action的类型是BiConsumer<? super T,? super Throwable>它可以处理正常的计算结果,或者异常情况。

whenComplete 和 whenCompleteAsync 的区别:

  • whenComplete:是执行当前任务的线程执行继续执行 whenComplete 的任务。
  • whenCompleteAsync:是执行把 whenCompleteAsync 这个任务继续提交给线程池来进行执行。

示例代码

public static void whenComplete() throws Exception {
    CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        if(new Random().nextInt()%2>=0) {
            int i = 12/0;
        }
        System.out.println("run end ...");
    });

    future.whenComplete(new BiConsumer<Void, Throwable>() {
        @Override
        public void accept(Void t, Throwable action) {
            System.out.println("执行完成!");
        }

    });
    future.exceptionally(new Function<Throwable, Void>() {
        @Override
        public Void apply(Throwable t) {
            System.out.println("执行失败!"+t.getMessage());
            return null;
        }
    });

    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
}

thenApply 方法

当一个线程依赖另一个线程时,可以使用 thenApply 方法来把这两个线程串行化。

public <U> CompletableFuture<U> thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)
public <U> CompletableFuture<U> thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn)
public <U> CompletableFuture<U> thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn, Executor executor)

Function<? super T,? extends U>
T:上一个任务返回结果的类型
U:当前任务的返回值类型

示例代码

private static void thenApply() throws Exception {
    CompletableFuture<Long> future = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Long>() {
        @Override
        public Long get() {
            long result = new Random().nextInt(100);
            System.out.println("result1="+result);
            return result;
        }
    }).thenApply(new Function<Long, Long>() {
        @Override
        public Long apply(Long t) {
            long result = t*5;
            System.out.println("result2="+result);
            return result;
        }
    });

    long result = future.get();
    System.out.println(result);
}

第二个任务依赖第一个任务的结果。

handle 方法

handle 是执行任务完成时对结果的处理。
handle 方法和 thenApply 方法处理方式基本一样。不同的是 handle 是在任务完成后再执行,还可以处理异常的任务。thenApply 只可以执行正常的任务,任务出现异常则不执行 thenApply 方法。

public <U> CompletionStage<U> handle(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn);
public <U> CompletionStage<U> handleAsync(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn);
public <U> CompletionStage<U> handleAsync(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn,Executor executor);

示例代码

public static void handle() throws Exception{
    CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {

        @Override
        public Integer get() {
            int i= 10/0;
            return new Random().nextInt(10);
        }
    }).handle(new BiFunction<Integer, Throwable, Integer>() {
        @Override
        public Integer apply(Integer param, Throwable throwable) {
            int result = -1;
            if(throwable==null){
                result = param * 2;
            }else{
                System.out.println(throwable.getMessage());
            }
            return result;
        }
     });
    System.out.println(future.get());
}

从示例中可以看出,在 handle 中可以根据任务是否有异常来进行做相应的后续处理操作。而 thenApply 方法,如果上个任务出现错误,则不会执行 thenApply 方法。

thenAccept 消费处理结果

接收任务的处理结果,并消费处理,无返回结果。

public CompletionStage<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action);
public CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action);
public CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action,Executor executor);

示例代码

public static void thenAccept() throws Exception{
    CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            return new Random().nextInt(10);
        }
    }).thenAccept(integer -> {
        System.out.println(integer);
    });
    future.get();
}

从示例代码中可以看出,该方法只是消费执行完成的任务,并可以根据上面的任务返回的结果进行处理。并没有后续的输错操作。

thenRun 方法

跟 thenAccept 方法不一样的是,不关心任务的处理结果。只要上面的任务执行完成,就开始执行 thenAccept 。

public CompletionStage<Void> thenRun(Runnable action);
public CompletionStage<Void> thenRunAsync(Runnable action);
public CompletionStage<Void> thenRunAsync(Runnable action,Executor executor);

示例代码

public static void thenRun() throws Exception{
    CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            return new Random().nextInt(10);
        }
    }).thenRun(() -> {
        System.out.println("thenRun ...");
    });
    future.get();
}

该方法同 thenAccept 方法类似。不同的是上个任务处理完成后,并不会把计算的结果传给 thenRun 方法。只是处理玩任务后,执行 thenAccept 的后续操作。

thenCombine 合并任务

thenCombine 会把 两个 CompletionStage 的任务都执行完成后,把两个任务的结果一块交给 thenCombine 来处理。

public <U,V> CompletionStage<V> thenCombine(CompletionStage<? extends U> other,BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn);
public <U,V> CompletionStage<V> thenCombineAsync(CompletionStage<? extends U> other,BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn);
public <U,V> CompletionStage<V> thenCombineAsync(CompletionStage<? extends U> other,BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn,Executor executor);

示例代码

private static void thenCombine() throws Exception {
    CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<String>() {
        @Override
        public String get() {
            return "hello";
        }
    });
    CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<String>() {
        @Override
        public String get() {
            return "hello";
        }
    });
    CompletableFuture<String> result = future1.thenCombine(future2, new BiFunction<String, String, String>() {
        @Override
        public String apply(String t, String u) {
            return t+" "+u;
        }
    });
    System.out.println(result.get());
}

thenAcceptBoth

当两个CompletionStage都执行完成后,把结果一块交给thenAcceptBoth来进行消耗

public <U> CompletionStage<Void> thenAcceptBoth(CompletionStage<? extends U> other,BiConsumer<? super T, ? super U> action);
public <U> CompletionStage<Void> thenAcceptBothAsync(CompletionStage<? extends U> other,BiConsumer<? super T, ? super U> action);
public <U> CompletionStage<Void> thenAcceptBothAsync(CompletionStage<? extends U> other,BiConsumer<? super T, ? super U> action,     Executor executor);

示例代码

private static void thenAcceptBoth() throws Exception {
    CompletableFuture<Integer> f1 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            int t = new Random().nextInt(3);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(t);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("f1="+t);
            return t;
        }
    });

    CompletableFuture<Integer> f2 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            int t = new Random().nextInt(3);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(t);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("f2="+t);
            return t;
        }
    });
    f1.thenAcceptBoth(f2, new BiConsumer<Integer, Integer>() {
        @Override
        public void accept(Integer t, Integer u) {
            System.out.println("f1="+t+";f2="+u+";");
        }
    });
}

applyToEither 方法

两个CompletionStage,谁执行返回的结果快,我就用那个CompletionStage的结果进行下一步的转化操作。

public <U> CompletionStage<U> applyToEither(CompletionStage<? extends T> other,Function<? super T, U> fn);
public <U> CompletionStage<U> applyToEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other,Function<? super T, U> fn);
public <U> CompletionStage<U> applyToEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other,Function<? super T, U> fn,Executor executor);

示例代码

private static void applyToEither() throws Exception {
    CompletableFuture<Integer> f1 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            int t = new Random().nextInt(3);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(t);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("f1="+t);
            return t;
        }
    });
    CompletableFuture<Integer> f2 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            int t = new Random().nextInt(3);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(t);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("f2="+t);
            return t;
        }
    });

    CompletableFuture<Integer> result = f1.applyToEither(f2, new Function<Integer, Integer>() {
        @Override
        public Integer apply(Integer t) {
            System.out.println(t);
            return t * 2;
        }
    });

    System.out.println(result.get());
}

acceptEither 方法

两个CompletionStage,谁执行返回的结果快,我就用那个CompletionStage的结果进行下一步的消耗操作。

public CompletionStage<Void> acceptEither(CompletionStage<? extends T> other,Consumer<? super T> action);
public CompletionStage<Void> acceptEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other,Consumer<? super T> action);
public CompletionStage<Void> acceptEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other,Consumer<? super T> action,Executor executor);

示例代码

private static void acceptEither() throws Exception {
    CompletableFuture<Integer> f1 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            int t = new Random().nextInt(3);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(t);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("f1="+t);
            return t;
        }
    });

    CompletableFuture<Integer> f2 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            int t = new Random().nextInt(3);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(t);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("f2="+t);
            return t;
        }
    });
    f1.acceptEither(f2, new Consumer<Integer>() {
        @Override
        public void accept(Integer t) {
            System.out.println(t);
        }
    });
}

runAfterEither 方法

两个CompletionStage,任何一个完成了都会执行下一步的操作(Runnable)

public CompletionStage<Void> runAfterEither(CompletionStage<?> other,Runnable action);
public CompletionStage<Void> runAfterEitherAsync(CompletionStage<?> other,Runnable action);
public CompletionStage<Void> runAfterEitherAsync(CompletionStage<?> other,Runnable action,Executor executor);

示例代码

private static void runAfterEither() throws Exception {
    CompletableFuture<Integer> f1 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            int t = new Random().nextInt(3);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(t);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("f1="+t);
            return t;
        }
    });

    CompletableFuture<Integer> f2 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            int t = new Random().nextInt(3);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(t);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("f2="+t);
            return t;
        }
    });
    f1.runAfterEither(f2, new Runnable() {

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("上面有一个已经完成了。");
        }
    });
}

runAfterBoth

两个CompletionStage,都完成了计算才会执行下一步的操作(Runnable)

public CompletionStage<Void> runAfterBoth(CompletionStage<?> other,Runnable action);
public CompletionStage<Void> runAfterBothAsync(CompletionStage<?> other,Runnable action);
public CompletionStage<Void> runAfterBothAsync(CompletionStage<?> other,Runnable action,Executor executor);

示例代码

private static void runAfterBoth() throws Exception {
    CompletableFuture<Integer> f1 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            int t = new Random().nextInt(3);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(t);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("f1="+t);
            return t;
        }
    });

    CompletableFuture<Integer> f2 = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            int t = new Random().nextInt(3);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(t);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("f2="+t);
            return t;
        }
    });
    f1.runAfterBoth(f2, new Runnable() {

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("上面两个任务都执行完成了。");
        }
    });
}

thenCompose 方法

thenCompose 方法允许你对两个 CompletionStage 进行流水线操作,第一个操作完成时,将其结果作为参数传递给第二个操作。

public <U> CompletableFuture<U> thenCompose(Function<? super T, ? extends CompletionStage<U>> fn);
public <U> CompletableFuture<U> thenComposeAsync(Function<? super T, ? extends CompletionStage<U>> fn) ;
public <U> CompletableFuture<U> thenComposeAsync(Function<? super T, ? extends CompletionStage<U>> fn, Executor executor) ;

示例代码

private static void thenCompose() throws Exception {
        CompletableFuture<Integer> f = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
            @Override
            public Integer get() {
                int t = new Random().nextInt(3);
                System.out.println("t1="+t);
                return t;
            }
        }).thenCompose(new Function<Integer, CompletionStage<Integer>>() {
            @Override
            public CompletionStage<Integer> apply(Integer param) {
                return CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
                    @Override
                    public Integer get() {
                        int t = param *2;
                        System.out.println("t2="+t);
                        return t;
                    }
                });
            }

        });
        System.out.println("thenCompose result : "+f.get());
    }

java高并发系列目录

  1. 第1天:必须知道的几个概念
  2. 第2天:并发级别
  3. 第3天:有关并行的两个重要定律
  4. 第4天:JMM相关的一些概念
  5. 第5天:深入理解进程和线程
  6. 第6天:线程的基本操作
  7. 第7天:volatile与Java内存模型
  8. 第8天:线程组
  9. 第9天:用户线程和守护线程
  10. 第10天:线程安全和synchronized关键字
  11. 第11天:线程中断的几种方式
  12. 第12天JUC:ReentrantLock重入锁
  13. 第13天:JUC中的Condition对象
  14. 第14天:JUC中的LockSupport工具类,必备技能
  15. 第15天:JUC中的Semaphore(信号量)
  16. 第16天:JUC中等待多线程完成的工具类CountDownLatch,必备技能
  17. 第17天:JUC中的循环栅栏CyclicBarrier的6种使用场景
  18. 第18天:JAVA线程池,这一篇就够了
  19. 第19天:JUC中的Executor框架详解1
  20. 第20天:JUC中的Executor框架详解2
  21. 第21天:java中的CAS,你需要知道的东西
  22. 第22天:JUC底层工具类Unsafe,高手必须要了解
  23. 第23天:JUC中原子类,一篇就够了
  24. 第24天:ThreadLocal、InheritableThreadLocal(通俗易懂)
  25. 第25天:掌握JUC中的阻塞队列
  26. 第26篇:学会使用JUC中常见的集合,常看看!
  27. 第27天:实战篇,接口性能提升几倍原来这么简单
  28. 第28天:实战篇,微服务日志的伤痛,一并帮你解决掉
  29. java并发系列 - 第29天:高并发中常见的限流方式

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