java多线程11：异步线程池 CompletableFuture

2022-11-11 11:46:35

引子

为了让程序更加高效，让CPU最大效率的工作，我们会采用异步编程。首先想到的是开启一个新的线程去做某项工作。再进一步，为了让新线程可以返回一个值，告诉主线程事情做完了，于是乎Future粉墨登场。然而Future提供的方式是主线程主动问询新线程，要是有个回调函数就爽了。所以，为了满足Future的某些遗憾，强大的CompletableFuture随着Java8一起来了。

Future

传统多线程的却让程序更加高效，毕竟是异步，可以让CPU充分工作，但这仅限于新开的线程无需你的主线程再费心了。比如你开启的新线程仅仅是为了计算1+...+n再打印结果。有时候你需要子线程返回计算结果，在主线程中进行进一步计算，就需要Future了。

看下面这个例子，主线程计算2+4+6+8+10；子线程计算1+3+5+7+9；最后需要在主线程中将两部分结果再相加。

public class OddNumber implements Callable<Integer> {
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        Thread.sleep(3000);
        int result = 1 + 3 + 5 + 7 + 9;
        return result;
    }
}

public class FutureTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        OddNumber oddNumber = new OddNumber();
        Future<Integer> future = executor.submit(oddNumber);
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        int evenNumber = 2 + 4 + 6 + 8 + 10;
        try {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("0.开始了："+ (System.currentTimeMillis()-startTime) +"秒");
            int oddNumberResult = future.get();//这时间会被阻塞
            System.out.println("1+2+...+9+10="+(evenNumber+oddNumberResult));
            System.out.println("1.开始了："+ (System.currentTimeMillis()-startTime) +"秒");
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        }
    }
}
输出结果：
0.开始了：1001秒
1+2+...+9+10=55
1.开始了：3002秒

看一下Future接口，只有五个方法比较简单

//取消任务，如果已经完成或者已经取消，就返回失败
boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
//查看任务是否取消
boolean isCancelled();
//查看任务是否完成
boolean isDone();
//刚才用到了，查看结果，任务未完成就一直阻塞
V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
//同上，但是加了一个过期时间，防止长时间阻塞，主线程也做不了事情
V get(long timeout, TimeUnit unit)
    throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;

CompletableFuture

上面的看到Future的五个方法，不是很丰富，既然我们的主线程叫做main，就应该以我为主，我更希望子线程做完了事情主动通知我。为此，Java8带来了CompletableFuture，一个Future的实现类。其实CompletableFuture最迷人的地方并不是极大丰富了Future的功能，而是完美结合了Java8流的新特性。

实现回调，自动后续操作

提前说一下CompletableFuture实现回调的方法(之一)：thenAccept()

    public CompletableFuture<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action) {
        return uniAcceptStage(null, action);
    }

参数有个Consumer，用到了Java8新特性，行为参数化，就是参数不一定是基本类型或者类，也可以是函数(行为)，或者说一个方法(接口)。

public class OddNumberPlus implements Supplier<Integer> {
    @Override
    public Integer get() {
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return 1+3+5+7+9;
    }
}

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        final int evenNumber = 2 + 4 + 6 + 8 + 10;
        CompletableFuture<Integer> oddNumber = CompletableFuture.supplyAsync(new OddNumberPlus());
        try {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("0.开始了："+ (System.currentTimeMillis()-startTime) +"秒");
            //看这里，实现回调
            oddNumber.thenAccept(oddNumberResult->
                        {
                            System.out.println("1.开始了："+ (System.currentTimeMillis()-startTime) +"秒");
                            System.out.println("此时计算结果为："+(evenNumber+oddNumberResult));
                        });
            oddNumber.get();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        }
    }
}
输出结果：
0.开始了：1006秒
1.开始了：3006秒
此时计算结果为：55

值得一提的是,本例中并没有显示的创建任务连接池，程序会默认选择一个任务连接池ForkJoinPool.commonPool()

    private static final Executor asyncPool = useCommonPool ?
        ForkJoinPool.commonPool() : new ThreadPerTaskExecutor();

ForkJoinPool始自JDK7，叫做分支/合并框架。可以通过将一个任务递归分成很多分子任务，形成不同的流，进行并行执行，同时还伴随着强大的工作窃取算法。极大的提高效率。当然，你也可以自己指定连接池。

CompletableFuture合并

Java8的确丰富了Future实现，CompletableFuture有很多方法可供大家使用，但是但从上面的例子来看，其实CompletableFuture能做的功能，貌似Future。毕竟你CompletableFuture用get()这个方法的时候还不是阻塞了，我Future蛮可以自己拿到返回值，再手动执行一些操作嘛(虽说这样main方法一定很不爽)。那么接下来的事情，Future做起来就十分麻烦了。假设我们main方法只做奇数合集加上偶数合集这一个操作，提前算这两个合集的操作异步交给两个子线程，我们需要怎么做呢？没错，开启两个线程，等到两个线程都计算结束的时候，我们进行最后的相加，问题在于，你怎么知道那个子线程最后结束的呢？(貌似可以做个轮询，不定的调用isDone()这个方法...)丰富的CompletableFuture功能为我们提供了一个方法，用于等待两个子线程都结束了，再进行相加操作：

    //asyncPool就是上面提到的默认线程池ForkJoinPool
    public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombineAsync(
        CompletionStage<? extends U> other,
        BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn) {
        return biApplyStage(asyncPool, other, fn);
    }

看个例子：

public class OddCombine implements Supplier<Integer> {
    @Override
    public Integer get() {
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return 1+3+5+7+9;
    }
}

public class EvenCombine implements Supplier<Integer> {
    @Override
    public Integer get() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return 2+4+6+8+10;
    }
}

public class CompletableCombineTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        CompletableFuture<Integer> oddNumber = CompletableFuture.supplyAsync(new OddCombine());
        CompletableFuture<Integer> evenNumber = CompletableFuture.supplyAsync(new EvenCombine());
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        CompletableFuture<Integer> resultFuturn = oddNumber.thenCombine(evenNumber,(odd,even)->{
            return odd + even;
        });
        System.out.println(resultFuturn.get());
        System.out.println("0.开始了："+ (System.currentTimeMillis()-startTime) +"秒");
    }
}
输出结果：
55
0.开始了：3000秒

这边模拟一个睡1秒，一个睡3秒，但是真正的网络请求时间是不定的。是不是很爽，最爽的还不是现象，而是以上操作已经利用了Java8流的概念。

两个子线程还不够，那么还有**anyOff()**函数，可以承受多个CompletableFuture，会等待所有任务都完成。

    public static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs) {
        return andTree(cfs, 0, cfs.length - 1);
    }

与它长的很像的，有个方法,是当第一个执行结束的时候，就结束，后面任务不再等了，可以看作充分条件。

    public static CompletableFuture<Object> anyOf(CompletableFuture<?>... cfs) {
        return orTree(cfs, 0, cfs.length - 1);
    }

在上面那个例子的基础上，把OddNumberPlus类时间调长一点：

public class OddNumberPlus implements Supplier<Integer> {
    @Override
    public Integer get() {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return 1+3+5+7+9;
    }
}

public class CompletableCombineTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        CompletableFuture<Integer> oddNumber = CompletableFuture.supplyAsync(new OddCombine());
        CompletableFuture<Integer> evenNumber = CompletableFuture.supplyAsync(new EvenCombine());
        CompletableFuture<Integer> testNumber = CompletableFuture.supplyAsync(new OddNumberPlus());
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        CompletableFuture<Object> resultFuturn = CompletableFuture.anyOf(oddNumber,evenNumber,testNumber);
        System.out.println(resultFuturn.get());
        System.out.println("0.开始了："+ (System.currentTimeMillis()-startTime) +"秒");
    }
}
输出结果：
30
0.开始了：1000秒

小结

CompletableFuture的方法其实还有很多，常用的比如说runAsync(),类似于supplyAsync(),只是没有返回值;除了thenApply()可以加回调函数以外，还有thenApply()；还有注入runAfterBoth()、runAfterEither()，这些见名知意。还有很多，可以点开CompletableFuture这个类的源码仔细看一看。见微知著，透过CompletableFuture，更加感觉到Java8的强大，强大的流概念、行为参数化、高效的并行理念等等，不仅让Java写起来更爽，还不断丰富Java整个生态。Java一直在进步，所以没有被时代淘汰，我们Javaer也可以继续职业生涯，感谢Java,一起进步。

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引子

Future

CompletableFuture

实现回调，自动后续操作

CompletableFuture合并

小结

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