无语！你竟然连CompletableFuture都不知道，还天天说在jdk8原地踏步~
互联网架构师
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2021-11-08 14:27
来源：https://urlify.cn/ayaMBb
这篇文章介绍 Java 8 的 CompletionStage API和它的标准库的实现 CompletableFuture。API通过例子的方式演示了它的行为，每个例子演示一到两个行为。 既然CompletableFuture类实现了CompletionStage接口，首先我们需要理解这个接口的契约。它代表了一个特定的计算的阶段，可以同步或者异步的被完成。你可以把它看成一个计算流水线上的一个单元，最终会产生一个最终结果，这意味着几个CompletionStage可以串联起来，一个完成的阶段可以触发下一阶段的执行，接着触发下一次，接着…… 除了实现CompletionStage接口， CompletableFuture也实现了future接口, 代表一个未完成的异步事件。CompletableFuture提供了方法，能够显式地完成这个future,所以它叫CompletableFuture。
创建一个完成的CompletableFuture
最简单的例子就是使用一个预定义的结果创建一个完成的CompletableFuture,通常我们会在计算的开始阶段使用它。 static void completedFutureExample() {CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("message");assertTrue(cf.isDone());assertEquals("message", cf.getNow(null));}getNow(null)方法在future完成的情况下会返回结果，就比如上面这个例子，否则返回null (传入的参数)。
运行一个简单的异步阶段
这个例子创建一个一个异步执行的阶段：
static void runAsyncExample() {CompletableFuture cf = CompletableFuture.runAsync(() -> {assertTrue(Thread.currentThread().isDaemon());randomSleep();});assertFalse(cf.isDone());sleepEnough();assertTrue(cf.isDone());}
在前一个阶段上应用函数
下面这个例子使用前面 #1 的完成的CompletableFuture， #1返回结果为字符串message,然后应用一个函数把它变成大写字母。
static void thenApplyExample() {CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("message").thenApply(s -> {assertFalse(Thread.currentThread().isDaemon());return s.toUpperCase();});assertEquals("MESSAGE", cf.getNow(null));}
then意味着这个阶段的动作发生当前的阶段正常完成之后。本例中，当前节点完成，返回字符串message。
Apply意味着返回的阶段将会对结果前一阶段的结果应用一个函数。
函数的执行会被阻塞，这意味着getNow()只有打斜操作被完成后才返回。
在前一个阶段上异步应用函数
通过调用异步方法(方法后边加Async后缀)，串联起来的CompletableFuture可以异步地执行（使用ForkJoinPool.commonPool()）。 static void thenApplyAsyncExample() {CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("message").thenApplyAsync(s -> {assertTrue(Thread.currentThread().isDaemon());randomSleep();return s.toUpperCase();});assertNull(cf.getNow(null));assertEquals("MESSAGE", cf.join());}使用定制的Executor在前一个阶段上异步应用函数
异步方法一个非常有用的特性就是能够提供一个Executor来异步地执行CompletableFuture。这个例子演示了如何使用一个固定大小的线程池来应用大写函数。
static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3, new ThreadFactory() {int count = 1;@Overridepublic Thread newThread(Runnable runnable) {return new Thread(runnable, "custom-executor-" + count++);}});static void thenApplyAsyncWithExecutorExample() {CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("message").thenApplyAsync(s -> {assertTrue(Thread.currentThread().getName().startsWith("custom-executor-"));assertFalse(Thread.currentThread().isDaemon());randomSleep();return s.toUpperCase();}, executor);assertNull(cf.getNow(null));assertEquals("MESSAGE", cf.join());}消费前一阶段的结果
如果下一阶段接收了当前阶段的结果，但是在计算的时候不需要返回值(它的返回类型是void)， 那么它可以不应用一个函数，而是一个消费者， 调用方法也变成了thenAccept: static void thenAcceptExample() {StringBuilder result = new StringBuilder();CompletableFuture.completedFuture("thenAccept message").thenAccept(s -> result.append(s));assertTrue("Result was empty", result.length() > 0);}本例中消费者同步地执行，所以我们不需要在CompletableFuture调用join方法。
异步地消费迁移阶段的结果
同样，可以使用thenAcceptAsync方法， 串联的CompletableFuture可以异步地执行。 static void thenAcceptAsyncExample() {StringBuilder result = new StringBuilder();CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("thenAcceptAsync message").thenAcceptAsync(s -> result.append(s));cf.join();assertTrue("Result was empty", result.length() > 0);}
完成计算异常
现在我们来看一下异步操作如何显式地返回异常，用来指示计算失败。我们简化这个例子，操作处理一个字符串，把它转换成答谢，我们模拟延迟一秒。
我们使用thenApplyAsync(Function, Executor)方法，第一个参数传入大写函数， executor是一个delayed executor,在执行前会延迟一秒。
static void completeExceptionallyExample() {CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("message").thenApplyAsync(String::toUpperCase,CompletableFuture.delayedExecutor(1, TimeUnit.SECONDS));CompletableFuture exceptionHandler = cf.handle((s, th) -> { return (th != null) ? "message upon cancel" : ""; });cf.completeExceptionally(new RuntimeException("completed exceptionally"));assertTrue("Was not completed exceptionally", cf.isCompletedExceptionally());try {cf.join();fail("Should have thrown an exception");} catch(CompletionException ex) { // just for testingassertEquals("completed exceptionally", ex.getCause().getMessage());}assertEquals("message upon cancel", exceptionHandler.join());}
这个例子还演示了如何通过delayedExecutor(timeout, timeUnit)延迟执行一个异步任务。
我们创建了一个分离的handler阶段：exceptionHandler， 它处理异常异常，在异常情况下返回message upon cancel。
取消计算
和完成异常类似，我们可以调用cancel(boolean mayInterruptIfRunning)取消计算。对于CompletableFuture类，布尔参数并没有被使用，这是因为它并没有使用中断去取消操作，相反，cancel等价于completeExceptionally(new CancellationException())。 static void cancelExample() {CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture("message").thenApplyAsync(String::toUpperCase,CompletableFuture.delayedExecutor(1, TimeUnit.SECONDS));CompletableFuture cf2 = cf.exceptionally(throwable -> "canceled message");assertTrue("Was not canceled", cf.cancel(true));assertTrue("Was not completed exceptionally", cf.isCompletedExceptionally());assertEquals("canceled message", cf2.join());}在两个完成的阶段其中之一上应用函数
下面的例子创建了CompletableFuture, applyToEither处理两个阶段， 在其中之一上应用函数(包保证哪一个被执行)。本例中的两个阶段一个是应用大写转换在原始的字符串上， 另一个阶段是应用小些转换。 static void applyToEitherExample() {String original = "Message";CompletableFuture cf1 = CompletableFuture.completedFuture(original).thenApplyAsync(s -> delayedUpperCase(s));CompletableFuture cf2 = cf1.applyToEither(CompletableFuture.completedFuture(original).thenApplyAsync(s -> delayedLowerCase(s)),s -> s + " from applyToEither");assertTrue(cf2.join().endsWith(" from applyToEither"));}在两个完成的阶段其中之一上调用消费函数
和前一个例子很类似了，只不过我们调用的是消费者函数 (Function变成Consumer): static void acceptEitherExample() {String original = "Message";StringBuilder result = new StringBuilder();CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture(original).thenApplyAsync(s -> delayedUpperCase(s)).acceptEither(CompletableFuture.completedFuture(original).thenApplyAsync(s -> delayedLowerCase(s)),s -> result.append(s).append("acceptEither"));cf.join();assertTrue("Result was empty", result.toString().endsWith("acceptEither"));}在两个阶段都执行完后运行一个 Runnable
这个例子演示了依赖的CompletableFuture如果等待两个阶段完成后执行了一个Runnable。注意下面所有的阶段都是同步执行的，第一个阶段执行大写转换，第二个阶段执行小写转换。
static void runAfterBothExample() {String original = "Message";StringBuilder result = new StringBuilder();CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(String::toUpperCase).runAfterBoth(CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(String::toLowerCase),() -> result.append("done"));assertTrue("Result was empty", result.length() > 0);}使用BiConsumer处理两个阶段的结果
static void thenAcceptBothExample() {String original = "Message";StringBuilder result = new StringBuilder();CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(String::toUpperCase).thenAcceptBoth(CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(String::toLowerCase),(s1, s2) -> result.append(s1 + s2));assertEquals("MESSAGEmessage", result.toString());}使用BiFunction处理两个阶段的结果
如果CompletableFuture依赖两个前面阶段的结果， 它复合两个阶段的结果再返回一个结果，我们就可以使用thenCombine()函数。整个流水线是同步的，所以getNow()会得到最终的结果，它把大写和小写字符串连接起来。 static void thenCombineExample() {String original = "Message";CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(s -> delayedUpperCase(s)).thenCombine(CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(s -> delayedLowerCase(s)),(s1, s2) -> s1 + s2);assertEquals("MESSAGEmessage", cf.getNow(null));}异步使用BiFunction处理两个阶段的结果
类似上面的例子，但是有一点不同：依赖的前两个阶段异步地执行，所以thenCombine()也异步地执行，即时它没有Async后缀。
Javadoc中有注释：
所以我们需要join方法等待结果的完成。
static void thenCombineAsyncExample() {String original = "Message";CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture(original).thenApplyAsync(s -> delayedUpperCase(s)).thenCombine(CompletableFuture.completedFuture(original).thenApplyAsync(s -> delayedLowerCase(s)),(s1, s2) -> s1 + s2);assertEquals("MESSAGEmessage", cf.join());}组合 CompletableFuture
有点拗口，但是我们看例子来理解。函数需要一个大写字符串做参数，然后返回一个CompletableFuture, 这个CompletableFuture会转换字符串变成小写然后连接在大写字符串的后面。 static void thenComposeExample() {String original = "Message";CompletableFuture cf = CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(s -> delayedUpperCase(s)).thenCompose(upper -> CompletableFuture.completedFuture(original).thenApply(s -> delayedLowerCase(s)).thenApply(s -> upper + s));assertEquals("MESSAGEmessage", cf.join());}当几个阶段中的一个完成，创建一个完成的阶段
下面的例子演示了当任意一个CompletableFuture完成后， 创建一个完成的CompletableFuture.
待处理的阶段首先创建， 每个阶段都是转换一个字符串为大写。因为本例中这些阶段都是同步地执行(thenApply), 从anyOf中创建的CompletableFuture会立即完成，这样所有的阶段都已完成，我们使用whenComplete(BiConsumer action)处理完成的结果。 static void anyOfExample() {StringBuilder result = new StringBuilder();List messages = Arrays.asList("a", "b", "c");Listfutures = messages.stream() .map(msg -> CompletableFuture.completedFuture(msg).thenApply(s -> delayedUpperCase(s))).collect(Collectors.toList());CompletableFuture.anyOf(futures.toArray(new CompletableFuture[futures.size()])).whenComplete((res, th) -> {if(th == null) {assertTrue(isUpperCase((String) res));result.append(res);}});assertTrue("Result was empty", result.length() > 0);}当所有的阶段都完成后创建一个阶段
上一个例子是当任意一个阶段完成后接着处理，接下来的两个例子演示当所有的阶段完成后才继续处理, 同步地方式和异步地方式两种。 static void allOfExample() {StringBuilder result = new StringBuilder();List messages = Arrays.asList("a", "b", "c");Listfutures = messages.stream() .map(msg -> CompletableFuture.completedFuture(msg).thenApply(s -> delayedUpperCase(s))).collect(Collectors.toList());CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[futures.size()])).whenComplete((v, th) -> {futures.forEach(cf -> assertTrue(isUpperCase(cf.getNow(null))));result.append("done");});assertTrue("Result was empty", result.length() > 0);}当所有的阶段都完成后异步地创建一个阶段
使用thenApplyAsync()替换那些单个的CompletableFutures的方法，allOf()会在通用池中的线程中异步地执行。所以我们需要调用join方法等待它完成。 static void allOfAsyncExample() {StringBuilder result = new StringBuilder();List messages = Arrays.asList("a", "b", "c");Listfutures = messages.stream() .map(msg -> CompletableFuture.completedFuture(msg).thenApplyAsync(s -> delayedUpperCase(s))).collect(Collectors.toList());CompletableFuture allOf = CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[futures.size()])).whenComplete((v, th) -> {futures.forEach(cf -> assertTrue(isUpperCase(cf.getNow(null))));result.append("done");});allOf.join();assertTrue("Result was empty", result.length() > 0);}真实的例子
现在你已经了解了CompletionStage 和 CompletableFuture 的一些函数的功能，下面的例子是一个实践场景：
cars().thenCompose(cars -> {ListupdatedCars = cars.stream() .map(car -> rating(car.manufacturerId).thenApply(r -> {car.setRating(r);return car;})).collect(Collectors.toList());CompletableFuture done = CompletableFuture.allOf(updatedCars.toArray(new CompletableFuture[updatedCars.size()]));return done.thenApply(v -> updatedCars.stream().map(CompletionStage::toCompletableFuture).map(CompletableFuture::join).collect(Collectors.toList()));}).whenComplete((cars, th) -> {if (th == null) {cars.forEach(System.out::println);} else {throw new RuntimeException(th);}}).toCompletableFuture().join();
这些例子可以帮助你更好的理解相关的API,你可以在github上得到所有的例子的代码。
正文结束
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