java8 之CompletableFuture -- 如何構建非同步應用
什麼是Future 介面
很多場景下，我們想去獲取執行緒執行的結果，而通常使用execute方法去提交任務是無法獲得結果的，這時候我們常常會改用submit方法去提交，以便獲得執行緒執行的結果。
而submit方法返回的就是Future，一個未來物件。 使用future.get() 方法去獲取執行緒執行結果，包括如果出現異常，也會隨get方法丟擲。
Future 介面的缺陷
當我們使用future.get()方法去取得執行緒執行結果時，要知道get方法是阻塞的，也就是說為了拿到結果，當主執行緒執行到get()方法，當前執行緒會去等待非同步任務執行完成，
換言之，非同步的效果在我們使用get()拿結果時，會變得無效。示例如下
public static void main(String[] args) throws Exception{
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future future = executorService.submit(()->{
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("非同步任務執行了");
});
future.get();
列印結果是：非同步任務執行了過後主線任務才執行。 就是因為get()在一直等待。
那麼如何解決我想要拿到結果，可以對結果進行處理，又不想被阻塞呢？
CompletableFuture 使一切變得可能
JDK1.8才新加入的一個實現類CompletableFuture，實現了Future<T>, CompletionStage<T>兩個介面。
實際開發中，我們常常面對如下的幾種場景：
1. 針對Future的完成事件，不想簡單的阻塞等待，在這段時間內，我們希望可以正常繼續往下執行，所以在它完成時，我們可以收到回撥即可。
2. 面對Future集合來講，這其中的每個Future結果其實很難去描述它們之間的依賴關係，而往往我們希望等待所有的Future集合都完成，然後做一些事情。
3. 在非同步計算中，兩個計算任務相互獨立，但是任務二又依賴於任務一的結果。
如上的幾種場景，單靠Future是解決不了的，而CompletableFuture則可以幫我們實現。
CompletableFuture 常見api 介紹
1、 runAsync 和 supplyAsync方法
它提供了四個方法來建立一個非同步任務
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)
runAsync類似於execute方法，不支援返回值，而supplyAsync方法類似submit方法，支援返回值。也是我們的重點方法。
沒有指定Executor的方法會使用ForkJoinPool.commonPool() 作為它的執行緒池執行非同步程式碼。
示例
//無返回值
CompletableFuture<Void> future1 = CompletableFuture.runAsync(() -> {
System.out.println("runAsync無返回值");
});
future1.get();
//有返回值
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
System.out.println("supplyAsync有返回值");
return "111";
});
String s = future2.get();
2、 非同步任務執行完時的回撥方法 whenComplete 和 exceptionally
當CompletableFuture的計算結果完成，或者丟擲異常的時候，可以執行特定的任務
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)
這些方法都是上述建立的非同步任務完成後 (也可能是丟擲異常後結束) 所執行的方法。
whenComplete和whenCompleteAsync方法的區別在於：前者是由上面的執行緒繼續執行，而後者是將whenCompleteAsync的任務繼續交給執行緒池去做決定。
exceptionally則是上面的任務執行丟擲異常後，所要執行的方法。
示例
CompletableFuture.supplyAsync(()->{
int a = 10/0;
return 1;
}).whenComplete((r, e)->{
System.out.println(r);
}).exceptionally(e->{
System.out.println(e);
return 2;
});
值得注意的是：哪怕supplyAsync丟擲了異常，whenComplete也會執行，意思就是，只要supplyAsync執行結束，它就會執行，不管是不是正常執行完。exceptionally只有在異常的時候才會執行。
其實，在whenComplete的引數內 e就代表異常了，判斷它是否為null，就可以判斷是否有異常，只不過這樣的做法，我們不提倡。
whenComplete和exceptionally這兩個，誰在前，誰先執行。
此類的回撥方法，哪怕主執行緒已經執行結束，已經跳出外圍的方法體，然後回撥方法依然可以繼續等待非同步任務執行完成再觸發，絲毫不受外部影響。
3、 thenApply 和 handle 方法
如果兩個任務之間有依賴關係，比如B任務依賴於A任務的執行結果，那麼就可以使用這兩個方法
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) 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);
這兩個方法，效果是一樣的，區別在於，當A任務執行出現異常時，thenApply方法不會執行，而handle 方法一樣會去執行，因為在handle方法裡，我們可以處理異常，而前者不行。
示例
CompletableFuture.supplyAsync(()->{
return 5;
}).thenApply((r)->{
r = r + 1;
return r;
});
//出現了異常，handle方法可以拿到異常 e
CompletableFuture.supplyAsync(()->{
int i = 10/0;
return 5;
}).handle((r, e)->{
System.out.println(e);
r = r + 1;
return r;
});
這裡延伸兩個方法 thenAccept 和 thenRun。其實 和上面兩個方法差不多，都是等待前面一個任務執行完 再執行。區別就在於thenAccept接收前面任務的結果，且無需return。而thenRun只要前面的任務執行完成，它就執行，不關心前面的執行結果如何
如果前面的任務拋了異常，非正常結束，這兩個方法是不會執行的，所以處理不了異常情況。
4、 合併操作方法 thenCombine 和 thenAcceptBoth
我們常常需要合併兩個任務的結果，在對其進行統一處理，簡言之，這裡的回撥任務需要等待兩個任務都完成後再會觸發。
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); 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);
這兩者的區別 在於 前者是有返回值的，後者沒有（就是個消耗工作）
示例
private static void thenCombine() throws Exception {
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return "future1";
});
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
return "future2";
});
CompletableFuture<String> result = future1.thenCombine(future2, (r1, r2)->{
return r1 + r2;
});
//這裡的get是阻塞的，需要等上面兩個任務都完成
System.out.println(result.get());
}
private static void thenAcceptBoth() throws Exception {
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
try {
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return "future1";
});
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
return "future2";
});
//值得注意的是，這裡是不阻塞的
future1.thenAcceptBoth(future2, (r1, r2)->{
System.out.println(r1 + r2);
});
System.out.println("繼續往下執行");
}
這兩個方法 都不會形成阻塞。就是個回撥方法。只有get（）才會阻塞。
4、 allOf （重點，個人覺得用的場景很多）
很多時候，不止存在兩個非同步任務，可能有幾十上百個。我們需要等這些任務都完成後，再來執行相應的操作。那怎麼集中監聽所有任務執行結束與否呢？ allOf方法可以幫我們完成。
public static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs);
它接收一個可變入參，既可以接收CompletableFuture單個物件，可以接收其陣列物件。
結合例子說明其作用。
public static void main(String[] args) throws Exception{
long start = System.currentTimeMillis();
CompletableFutureTest test = new CompletableFutureTest();
// 結果集
List<String> list = new ArrayList<>();
List<Integer> taskList = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
// 全流式處理轉換成CompletableFuture[]
CompletableFuture[] cfs = taskList.stream()
.map(integer -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> test.calc(integer))
.thenApply(h->Integer.toString(h))
.whenComplete((s, e) -> {
System.out.println("任務"+s+"完成!result="+s+"，異常 e="+e+","+new Date());
list.add(s);
})
).toArray(CompletableFuture[]::new);
CompletableFuture.allOf(cfs).join();
System.out.println("list="+list+",耗時="+(System.currentTimeMillis()-start));
}
public int calc(Integer i) {
try {
if (i == 1) {
Thread.sleep(3000);//任務1耗時3秒
} else if (i == 5) {
Thread.sleep(5000);//任務5耗時5秒
} else {
Thread.sleep(1000);//其它任務耗時1秒
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return i;
}
全流式寫法，綜合了以上的一些方法，使用allOf集中阻塞，等待所有任務執行完成，取得結果集list。 這裡有些CountDownLatch的感覺。
CompletableFuture 總結
圖片出自
https://www.cnblogs.com/dennyzhangdd/p/7010972.html
本文只是簡述了CompletableFuture的常用用法。日常開發基本夠用，但是針對一些特殊場景，例如異常場景，取消場景，仍待研究。
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