Java并发编程-CompletableFuture（下）

大家好，我是小高先生，书接上文，我们继续来学习CompletableFuture。上文我们讲了基础装Future是如何升级为神装CompletableFuture以及如何购买CompletableFuture，接下来我们一起来学习如何在战斗中使用CompletableFuture。

• CompletableFuture的基本使用
• CompletableFuture的实战案例
• CompletableFuture常用方法
• 结论

CompletableFuture的基本使用

先来看一下常规使用，可以完全替代Future。

public class CompletableFutureUserDemo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----come in");
            int result = ThreadLocalRandom.current().nextInt(10);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println("1s后出结果 " + result);
            return result;
        });

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程先去忙其他任务");
        System.out.println(completableFuture.get());
    }
}

我们还是要避免使用get()，毕竟搞不好还是会被阻塞的，这里用一下高级的方法whenComplete()。看下代码：

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----come in");
        int result = ThreadLocalRandom.current().nextInt(10);
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("1s后出结果 " + result);
        return result;
    }).whenComplete((v,e) -> {
        //v表示上一阶段，e是异常
        if(e == null){
            //这里代表一切顺利
            System.out.println("-----计算完成，更新数值： " + v);
        }
	//如果出现异常就跳到这个阶段
    }).exceptionally(e -> {
        e.printStackTrace();
        System.out.println("异常情况：" + e.getCause() + "\t" + e.getMessage());
        return null;
    });

    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程先去忙其他任务");
}

一下子就复杂起来了，不过还好，逻辑是很清楚的。我们还是像之前一样设定任务，然后再调用whenComplete()方法。在这个方法里面，我们可以判断在执行任务过程中是否有异常。但是，当我们运行代码之后，会发现有问题，并没有输出结果。难道是程序有问题吗？

实际上，这个问题的原因是CompletableFuture需要1秒钟来处理任务，但是main方法执行得太快了，还没等任务执行完成，main线程就已经结束了。大家都知道守护线程和用户线程吧，CompletableFuture使用了默认线程池ForkJoinPool，就像守护线程一样。如果main线程结束了，守护线程也会关闭，所以就不会输出了。

为了解决这个问题，我们只需要在最后加上一个小小的延时，让主线程等一下，等移步任务完成就可以看见输出了。

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----come in");
        int result = ThreadLocalRandom.current().nextInt(10);
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("1s后出结果 " + result);
        return result;
    }).whenComplete((v,e) -> {
        //v表示上一阶段，e是异常
        if(e == null){
            //这里代表一切顺利
            System.out.println("-----计算完成，更新数值： " + v);
        }
    }).exceptionally(e -> {
        e.printStackTrace();
        System.out.println("异常情况：" + e.getCause() + "\t" + e.getMessage());
        return null;
    });

    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程先去忙其他任务");
    //主线程不要立刻结束，否则CompletableFuture默认使用的线程池会立刻关闭
    try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

我们可以通过使用线程池解决上述问题。

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        try {
            CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "----come in");
                int result = ThreadLocalRandom.current().nextInt(10);
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                System.out.println("1s后出结果 " + result);
                return result;
            },threadPool).whenComplete((v,e) -> {
                //v表示上一阶段，e是异常
                if(e == null){
                    //这里代表一切顺利
                    System.out.println("-----计算完成，更新数值： " + v);
                }
            }).exceptionally(e -> {
                e.printStackTrace();
                System.out.println("异常情况：" + e.getCause() + "\t" + e.getMessage());
                return null;
            });
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            threadPool.shutdown();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程先去忙其他任务");
        //主线程不要立刻结束，否则CompletableFuture默认使用的线程池会立刻关闭
//        try {
//            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
    }

在上述代码中，执行流程首先启动了一个异步任务，该任务将在独立的线程中运行。在这个异步任务中，我们模拟了一个耗时的操作，即让线程休眠1秒钟，并在休眠结束后打印出"任务完成"的消息。当这个耗时的异步任务执行完毕后，程序的控制权将转移到whenComplete()方法。whenComplete()方法接受一个BiConsumer函数式接口作为参数，这个接口有两个输入参数：一个是代表异步计算结果的result，另一个是代表可能发生的异常的exception。

whenComplete()方法体现了CompletableFuture任务的分阶段特性，这是因为CompletableFuture实现了CompletionStage接口。CompletionStage接口代表了异步计算过程中的一个阶段，它定义了一组方法来处理这个阶段的完成情况和结果。在我们的示例中，whenComplete()方法被用来处理异步任务完成后的情况。如果任务成功完成，没有发生异常，那么会打印出"任务正常完成"的消息；如果任务在执行过程中发生了异常，则会捕获这个异常并打印出相应的错误消息。

通过使用whenComplete()方法，我们可以清晰地表达出异步任务完成后要执行的逻辑。

CompleteFuture的实战案例

之前的内容了解过后，我们就学会了CompleteFuture的基本使用方法，接下来一起看看在电商网站比价案例中如何使用CompleteFuture解决问题。下面是案例有关的需求分析。

1.需求说明

2.输出返回

3.解决方案

希望输出结果是同款产品在不同电商平台的价格清单列表，返回一个List<String>。

如下为两种方案的代码，对比可知利用CompleteFuture可以大大提升效率。使用CompleteFuture的方案中我使用了join方法，它和get()方法区别就是使用get()必须抛出异常，而join()不需要，join()在编译期间不会检查异常，会更简洁一些。

public class CompletableFutureMallDemo {
    static List<NetMall> list = Arrays.asList(
            new NetMall("jd"),
            new NetMall("taobao"),
            new NetMall("pdd"));
    public static List<String> getPrice(List<NetMall> list,String productName){
        return list
                .stream()
                .map(netMall ->
                        String.format(productName + "in %s price is %.2f",
                                netMall.getNetMallName(),
                                netMall.calcPrice(productName)))
                .collect(Collectors.toList());
    }
    public static List<String> getPriceBympColetableFuture(List<NetMall> list,String productName){
        //这里就是把list的每一个元素都交给一个CompleteFuture
        //stream流的作用
        //List<NetMall> ----> List<CompletableFuture<String>> ----> List<String>
        //拆解Stream流
        //第一次Stream：list里的对象为NetMall，表示不同商家，映射为不同CompleteFuture，都是生成价格的任务，得到List<CompletableFuture>
        //第二次Stream：将List<CompletableFuture<String>>变为List<String>
        return list
                .stream()
                .map(netMall -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> String.format(productName + "in %s price is %.2f",
                        netMall.getNetMallName(),
                        netMall.calcPrice(productName)))).collect(Collectors.toList())
                .stream()
                .map(s -> s.join()).collect(Collectors.toList());
    }
    public static void main(String[] args) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        List<String> list1 = getPrice(list,"mySql");
        for (String s : list1) {
            System.out.println(s);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("---costTime: " + (endTime - startTime) + " 毫秒");

        long startTime2 = System.currentTimeMillis();
        List<String> list2 = getPriceByCompletableFuture(list,"mySql");
        for (String s : list2) {
            System.out.println(s);
        }
        long endTime2 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("---costTime: " + (endTime2 - startTime2) + " 毫秒");
    }
}

class NetMall{
    @Getter
    private String netMallName;
    public NetMall(String netMallName){
        this.netMallName = netMallName;
    }

    public double calcPrice(String productName){
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return ThreadLocalRandom.current().nextDouble() * 2 + productName.charAt(0);
    }
}

CompleteFuture常用方法

在上一节中，我们主要探讨了如何在项目中应用CompletableFuture，接下来我们将深入探讨CompletableFuture的其他常用方法。

CompletableFuture不仅实现了Future接口，还实现了CompletionStage接口。虽然Future接口只包含五个方法，限制了其功能范围，但CompletionStage接口则提供了一套更为丰富的方法集合，极大地扩展了异步编程的能力。通过实现这两个接口，CompletableFuture完美地融合了Future的基本功能和CompletionStage的高级特性，使其成为一个功能强大且灵活的异步编程工具。

1.获取结果和触发计算

让我们重点关注getNow()和complete()这两个方法，因为在之前的案例中，我们已经体验了CompletableFuture的其他几种方法。

getNow(T valueIfAbsent)方法的主要作用是提供一种非阻塞的方式来获取CompletableFuture的结果。如果CompletableFuture的计算已经完成，那么getNow()将返回实际的计算结果；如果计算尚未完成，那么它会立即返回一个默认值，即传递给getNow()方法的参数valueIfAbsent。这种方式确保了无论计算是否完成，调用者都能立即获得一个值，而无需等待。

complete()方法则用于显式地完成CompletableFuture。如果CompletableFuture尚未完成，调用complete()会终止任何正在进行的计算（如果有的话），并返回true。随后，当调用get()或其他相关的获取结果的方法时，将会返回传递给complete()的参数。然而，如果CompletableFuture已经完成，那么complete()不会干预任何事情，而是返回false，表示没有进行任何操作。

public class CompletableFutureAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, TimeoutException {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            return "abc";
        });

        //System.out.println(completableFuture.get());
        //System.out.println(completableFuture.get(2,TimeUnit.SECONDS));
        //System.out.println(completableFuture.join());
        //如果计算完成，返回结果值。否则就返回getNow()中传递的参数
        System.out.println(completableFuture.getNow("xxx"));

    }
}

public class CompletableFutureAPIDemo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, TimeoutException {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            return "abc";
        });

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        System.out.println(completableFuture.complete("completeValue") + "\t" + completableFuture.join());
    }
}

2.对计算结果进行处理

这两个方法，thenApply()和handle()，都是在处理计算结果并且存在依赖关系时使用的，它们以串行化的方式逐步完成异步任务，传入的参数都是上一步的计算结果。这种串行化的处理方式就像我们之前讨论的烤肉过程一样，需要一步一步地按顺序进行。然而，它们在处理异常方面有所不同。thenApply()方法在遇到异常时会停止后续步骤的执行，因为如果当前步骤出现错误，它不会继续往下走。这是一种保守的策略，确保了只有在没有错误的情况下才会进行下一步的处理。相比之下，handle()方法在遇到异常时的行为不同。即使在遇到异常的情况下，它也会往下执行。这是因为handle()方法提供了一个可以处理异常参数的机制，允许我们在发生异常时进一步处理。这种策略提供了更多的灵活性，使得我们能够在异常情况下采取适当的措施，而不是简单地停止整个任务链。

通过使用thenApply()和handle()方法，我们可以更好地控制异步任务的处理流程，根据不同的需求选择适合的方法来应对可能出现的异常情况。

public class CompletableFutureAPI2Demo {
    public static void main(String[] args) {
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("111");
            return 1;
        }).thenApply(f -> {
            System.out.println("222");
            return f + 2;
        }).thenApply(f -> {
            System.out.println("333");
            return f + 3;
        }).whenComplete((v,e) -> {
            if(e == null){
                System.out.println("计算结果：" + v);
            };
        }).exceptionally(e -> {
            e.printStackTrace();
            System.out.println(e.getMessage());
            return null;
        });

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "主线程忙其他的");

    }
}

看一下有异常的情况，就会终止在某一步骤。

public class CompletableFutureAPI2Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("111");
            return 1;
        },executorService).thenApply(f -> {
            System.out.println("222");
            int b = 10 / 0;
            return f + 2;
        }).thenApply(f -> {
            System.out.println("333");
            return f + 3;
        }).whenComplete((v,e) -> {
            if(e == null){
                System.out.println("计算结果：" + v);
            };
        }).exceptionally(e -> {
            e.printStackTrace();
            System.out.println(e.getMessage());
            return null;
        });

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "主线程忙其他的");
    }
}

再看一下handle()怎么用，它和thenApply()的区别就是多了异常处理，传入参数就需要多加一个exception。

public class CompletableFutureAPI3Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("111");
            return 1;
        },executorService).handle((f,e) -> {
            System.out.println("222");
            //int b = 10 / 0;
            return f + 2;
        }).handle((f,e) -> {
            System.out.println("333");
            return f + 3;
        }).whenComplete((v,e) -> {
            if(e == null){
                System.out.println("计算结果：" + v);
            };
        }).exceptionally(e -> {
            e.printStackTrace();
            System.out.println(e.getMessage());
            return null;
        });

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "主线程忙其他的");
		executorService.shutdown();
    }
}

如果我们添加异常，异常会抛出，但是后面的handle步骤会照常做。

3.对计算结果进行消费

thenAccept()方法作用是接受任务的处理结果，并消费处理，无返回结果。通过代码不难看出，这个方法就是获取前三步处理后的结果，然后输出并且无返回值。

public class CompletableFutureAPI4Demo {
    public static void main(String[] args) {
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return 1;
        }).thenApply(f -> {
            return f + 2;
        }).thenApply(f -> {
            return f + 3;
        }).thenAccept(r -> {
            System.out.println(r);
        });
    }
}

thenAccept() 和 thenApply() 都是 Java 中 CompletableFuture 类的方法，它们用于处理异步计算的结果。不过，它们的用途和行为有所不同：

thenAccept(Consumer<? super T> action): 这个方法接受一个 Consumer 函数式接口作为参数，该接口表示一个接受类型为 T 的输入并执行某种操作的消费者。thenAccept() 方法没有返回值（即返回 void），因此它主要用于执行某些基于异步计算结果的操作，而不关心返回结果。在 thenAccept() 方法内部，通常不会有 return 语句，因为它的目的是消费结果而不是产生新的值。当你使用 thenAccept() 时，你不能直接通过 join() 获取返回值，因为 join() 返回的是计算的结果，而不是 thenAccept() 中的操作结果。如果 thenAccept() 中的操作有返回值，那么这个返回值会被忽略。

thenApply(Function<? super T,? extends U> fn): 与 thenAccept() 不同，thenApply() 方法接受一个 Function 函数式接口作为参数，该接口表示一个接受类型为 T 的输入并返回类型为 U 的结果的函数。thenApply() 方法会返回一个新的 CompletableFuture，其结果是将函数 fn 应用于原始 CompletableFuture 的结果。这意味着 thenApply() 不仅可以消费异步计算的结果，还可以产生一个新的结果。你可以通过 join() 方法获取这个新的结果。

总结一下，thenAccept() 主要用于消费异步计算的结果而不返回任何值，而 thenApply() 则用于对异步计算的结果进行转换并返回一个新的结果。

public class CompletableFutureAPI4Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(CompletableFuture.supplyAsync(() -> "resultA").thenApply(r -> r + "resultB").join());
        System.out.println(CompletableFuture.supplyAsync(() -> "resultB").thenAccept(r -> System.out.println(r)).join());
    }
}

4.对计算速度的选用

completableFuture 类中的一个显著特性是其能够利用 applyToEither 方法高效地处理多个异步任务。该方法的智能之处在于，它不需要等待所有任务完成，而是会选择最先完成的那个任务的结果来进行后续的操作。这种机制允许程序在最短的时间内响应完成的任务，从而提高整体的执行效率。简而言之，applyToEither 方法体现了 CompletableFuture 对异步编程的优化，通过动态选择最快完成的任务结果，避免了不必要的等待，进而加速了程序的执行流程。

public class CompletableFutureFastDemo {
    public static void main(String[] args) {
        CompletableFuture<String> playA = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("A come in");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "playA";
        });

        CompletableFuture<String> playB = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("B come in");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "playB";
        });

        CompletableFuture<String> res = playA.applyToEither(playB, f -> {
            return f + " is winer";
        });

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + "----: " + res.join());
    }
}

5.对计算结果进行合并

当两个CompletionStage任务都完成时，我们可以使用thenCombine方法来处理这两个任务的结果。这个方法确保了所有分支任务完成后才会进行下一步操作。

具体来说，thenCombine会等待所有的CompletionStage任务都完成。在这个过程中，无论哪个任务先完成，它都会等待其他分支任务的完成。只有当所有的任务都完成后，thenCombine才会接收到所有任务的结果，并将它们一起传递给提供的函数进行处理。

这种设计使得我们能够轻松地组合多个异步计算的结果，而不需要关心任务的完成顺序。

public class CompletableFutureCombineDemo {
    public static void main(String[] args) {
        CompletableFuture<Integer> completableFuture1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ---启动");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return 10;
        });
        CompletableFuture<Integer> completableFuture2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t ---启动");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return 20;
        });

        CompletableFuture<Integer> res = completableFuture1.thenCombine(completableFuture2, (x, y) -> {
            System.out.println("----开始两个结果合并");
            return x + y;
        });
        System.out.println(res.join());
    }
}

结论

本文继续深入探讨了CompletableFuture的用法，涵盖了基本和常用方法的使用，并通过电商案例来演示在真实场景中如何有效地运用CompletableFuture。

• 基本方法
  
  whenComplete()方法是CompletableFuture中的一个非阻塞性方法，它不会像get()方法那样导致线程阻塞，从而提供了更好的性能表现。在使用CompletableFuture时，也需要注意线程池的管理。我们可以通过传入自定义线程池来避免主线程过早结束而导致CompletableFuture的任务被中断。
• 常用方法
  
  通过实现CompletionStage接口，CompletableFuture扩展了自己的功能，增强了对计算结果的处理能力。这使得CompletableFuture不仅能够处理异步任务的结果，还能够以声明式的方式组合多个异步计算。