百度360必应搜狗淘宝本站头条
mysql distinctjenkins官网mysql 子查询vba splitpython list sort
当前位置：网站首页 > IT技术 > 正文

带你玩转CompletableFuture异步编程

wptr33 2025-02-19 14:10 17 浏览

为什么使用CompletableFuture

一些业务场景我们需要使用多线程异步执行任务，加快任务执行速度。 JDK5新增了Future接口，用于描述一个异步计算的结果。虽然 Future 以及相关使用方法提供了异步执行任务的能力，但是对于结果的获取却是很不方便，我们必须使用Future.get的方式阻塞调用线程，或者使用轮询方式判断 Future.isDone 任务是否结束，再获取结果。这两种处理方式都不是很优雅，相关代码如下:

    @Test
    public void testFuture() {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        Future future = executorService.submit(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "hello";
        });
        try {
            System.out.println(future.get());
            System.out.println("end");
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
复制代码

此外就是无法解决多个异步任务需要相互依赖的场景，简单点说就是，主线程需要等待子线程任务执行完毕之后在进行执行，这个时候你可能想到了CountDownLatch，没错确实可以解决，代码如下，但是Java8以后我不在认为这是一种优雅的解决方式，接下来我们来了解下CompletableFuture的使用。

    @Test
    public void testCountDownLatch() {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        CountDownLatch downLatch = new CountDownLatch(2);
        Future orderFuture = executorService.submit(() -> {
            OrderService orderService = new OrderServiceImpl();
            String result = orderService.queryOrderInfo();
            downLatch.countDown();
            return result;
        });

        Future trailFuture = executorService.submit(() -> {
            TrailService trailService = new TrailServiceImpl();
            String result = trailService.queryTrail();
            downLatch.countDown();
            return result;
        });

        try {
            downLatch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        try {
            System.out.println(orderFuture.get() + trailFuture.get());
            System.out.println("end");
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
复制代码

使用介绍

创建实例

关于CompletableFuture的创建提供了5种方式，第一个就是创建一个具有默认结果的 CompletableFuture，不经常使用，我们常用就是runAsync和supplyAsync，重点关注下这两个静态方法。runAsync是不具有返回值，supplyAsync具有返回值，关于这两个方法都提供一个两种创建形式，一种是默认的使用公共的 ForkJoinPool 线程池执行，这个线程池默认线程数是 CPU 的核数。

另外一种使用就是提供一个主动创建线程池，这样做相比于ForkJoinPool的好处是，可以通过自定义不同场景的线程池，来进行业务划分方便发现问题，还有一个好处就是对于ForkJoinPool这种共享线程来说，一旦阻塞，会照成其他线程无法获取执行机会。

CompletionStage

关于CompletableFuture核心能力就是通过继承Future和CompletionStage来实现的，关于Future就是提供一些异步的能力，如果单存就这样CompletableFuture也就不会那么强大，所以我们核心就是介绍CompletionStage内部常用一些方法。

关于CompletionStage的方法，可以分为两种类型的接口，其中核心方法都提供异步的方式，这里关于异步的方法不进行介绍，基本上原理类似，都是新提供一个线程池去实现任务。

异步回调

关于异步回调可以分为两类，一种是有参数的返回，另外一种是无参数的返回，有参数返回的包括thenApply和thenCompose，无参数返回的包括thenRun和thenAccept。

有参数返回

thenApply 和 thenCompose表示某个任务执行完成后执行的动作，即回调方法，会将该任务的执行结果即方法返回值作为入参传递到回调方法中，也可以理解为串行化的，唯一不同的是thenCompose需要返回一个新的 CompletionStage，整体的使用如下:

    @Test
    public void testCompletableFuture() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        CompletableFuture first = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa";
        }).thenApply(x -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return x + "bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb";
        }).thenCompose(x -> CompletableFuture.supplyAsync(x::toUpperCase));
        System.out.println(first.join());
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗时" + (end - start) / 1000 + "");
    }
复制代码

无参数返回

thenAccep也是消费上一个任务的动作，将该任务的执行结果即方法返回值作为入参传递到回调方法中，只是无返回值，thenAccep与thenRun方法不同就是没有入参也没有返回值。

    @Test
    public void testCompletableFuture() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        CompletableFuture first = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "a";
        }).thenAccept(x -> {
            System.out.println(x);
        });
        first.join();
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗时" + (end - start) / 1000 + "秒");
    }

复制代码

异常

CompletableFuture方法执行过程若产生异常，只有get或者join方法的才能获取到异常，针对这种情况CompletableFuture提供三种处理异常的方式。

exceptionally

exceptionally的使用方式类似于 try catch中的catch代码块中异常处理。exceptionally当某个任务执行异常时执行的回调方法，将抛出的异常作为参数传递到回调方法中，如果该任务正常执行，exceptionally方法返回的CompletionStage的result就是该任务正常执行的结果。

    @Test
    public void testCompletableFuture() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        CompletableFuture first = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            throw new RuntimeException("test");
        });
        CompletableFuture two = first.exceptionally((x) -> {
            x.printStackTrace();
            return "123";
        });
        two.join();
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗时" + (end - start) / 1000 + "秒");
    }
复制代码

whenComplete

whenComplete的使用类似于 try..catch..finanlly 中 finally 代码块，无论是否发生异常，都将会执行的。whenComplete当某个任务执行完成后执行的回调方法，会将执行结果或者执行期间抛出的异常传递给回调方法，如果是正常执行则异常为null，回调方法对应的CompletableFuture的result和该任务一致，如果该任务正常执行，则get方法返回执行结果，如果是执行异常，则get方法抛出异常。

    @Test
    public void testCompletableFuture() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        CompletableFuture first = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "aa";
        }).whenComplete((x, throwable) -> {
            // 如果异常存在,打印异常，并且返回默认值
            if (throwable != null) {
                throwable.printStackTrace();
                System.out.println("失败");
            } else {
                System.out.println("成功");
            }
        });
        System.out.println(first.join());
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗时" + (end - start) / 1000 + "秒");
    }
复制代码

handle

跟whenComplete基本一致，区别在于handle的回调方法有返回值，且handle方法返回的CompletableFuture的result是回调方法的执行结果或者回调方法执行期间抛出的异常，与原始CompletableFuture的result无关。

    @Test
    public void testCompletableFuture() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        CompletableFuture first = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            throw new RuntimeException("test");
        }).handle((x, throwable) -> {
            // 如果异常存在,打印异常，并且返回默认值
            if (throwable != null) {
                throwable.printStackTrace();
                return "异常";
            } else {
                
                return x + "aa";
            }
        });
        System.out.println(first.join());
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗时" + (end - start) / 1000 + "秒");
    }
复制代码

组合关系

组合关系关系分为两种，一种是和的关系，一种是或的关系，和关系就是当所有的任务执行完成以后再继续执行，类似于CountDownLatch，或关系就是只要有一个任务执行完成以后就可以向下执行。

和关系

thenCombine /thenAcceptBoth / runAfterBoth/allOf

这四个方法可以将多个CompletableFuture组合起来，将多个CompletableFuture都执行完成以后，才能执行后面的操作，区别在于，thenCombine会将任务的执行结果作为方法入参传递到指定方法中，且该方法有返回值；thenAcceptBoth同样将任务的执行结果作为方法入参，但是无返回值；runAfterBoth没有入参，也没有返回值。注意多个任务中只要有一个执行异常，则将该异常信息作为指定任务的执行结果。allOf是多个任务都执行完成后才会执行，只要有一个任务执行异常，则返回的CompletableFuture执行get方法时会抛出异常，如果都是正常执行，则get返回null。

    @Test
    public void testCompletableFuture() {
        CompletableFuture order = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            OrderService orderService = new OrderServiceImpl();
            return orderService.queryOrderInfo();
        });
        CompletableFuture trail = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            TrailService trailService = new TrailServiceImpl();
            return trailService.queryTrail();
        });
        CompletableFuture future = order.thenCombine(trail, (a, b) -> a + b);
        CompletableFuture afterBoth = future.runAfterBoth(trail, () -> {
            System.out.println(future.join());
        });
        CompletableFuture result = CompletableFuture.allOf(afterBoth);
        try {
            System.out.println(result.get());
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
复制代码

applyToEither / acceptEither / runAfterEither/anyOf

这四个方法可以将多个CompletableFuture组合起来，只需要其中一个CompletableFuture执行完成以后，就能执行后面的操作，applyToEither会将已经执行完成的任务的执行结果作为方法入参，并有返回值；acceptEither同样将已经执行完成的任务的执行结果作为方法入参，但是没有返回值；runAfterEither没有方法入参，也没有返回值，注意多个任务中只要有一个执行异常，则将该异常信息作为指定任务的执行结果。anyOf多个任务只要有一个任务执行完成，后续任务就可执行。

    @Test
    public void testCompletableFuture() {
        CompletableFuture order = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            OrderService orderService = new OrderServiceImpl();
            return orderService.queryOrderInfo();
        });
        CompletableFuture trail = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            TrailService trailService = new TrailServiceImpl();
            return trailService.queryTrail();
        });
        CompletableFuture future = order.applyToEither(trail, (result) -> result);
        CompletableFuture afterBoth = future.runAfterEither(trail, () -> {
            System.out.println(future.join());
        });
        CompletableFuture result = CompletableFuture.anyOf(afterBoth,order);
        try {
            System.out.println(result.get());
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
复制代码
项目中如何使用
CompletableFuture在自定义线程时，默认使用的线程池是 ForkJoinPool.commonPool()，对于我们用java常做的IO密集型任务，默认线程池是远远不够使用的；在双核及以下机器上，默认线程池又会退化为为每个任务创建一个线程，相当于没有线程池。因此对于CompletableFuture在项目中的使用一定要自定义线程池，同时又要注意自定义线程池，线程池有个容量满了的拒绝策略，如果采用丢弃策略的拒绝策略，并且allOf方法和get方法如果没有设置超时则会无限期的等待下去，接下来我们通过自定义线程使用CompletableFuture。
  1. 自定义线程池，此处通过继承ThreadPoolExecutor，重写了shutdown() 、shutdownNow() 、beforeExecute() 和 afterExecute()方法来统计线程池的执行情况，此处还可以结合Spring和appllo实现自定义扩展线程池，下一篇可以聊聊扩展思路以及实现方案，不同对的业务场景使用的不同的线程池，一是方便出现问题的排查，另外就是类似于Hystrix隔离的方案；
package com.zto.lbd;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import java.util.Date;
import java.util.List;
import java.util.Objects;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * 线程池监控类
 *
 * @author wangtongzhou 18635604249
 * @since 2022-02-23 07:27
 */
public class ThreadPoolMonitor extends ThreadPoolExecutor {

    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(ThreadPoolMonitor.class);

    /**
     * 保存任务开始执行的时间，当任务结束时，用任务结束时间减去开始时间计算任务执行时间
     */
    private ConcurrentHashMap startTimes;

    /**
     * 线程池名称，一般以业务名称命名，方便区分
     */
    private String poolName;

    /**
     * 调用父类的构造方法，并初始化HashMap和线程池名称
     *
     * @param corePoolSize    线程池核心线程数
     * @param maximumPoolSize 线程池最大线程数
     * @param keepAliveTime   线程的最大空闲时间
     * @param unit            空闲时间的单位
     * @param workQueue       保存被提交任务的队列
     * @param poolName        线程池名称
     */
    public ThreadPoolMonitor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime,
                             TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue, String poolName) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
                Executors.defaultThreadFactory(), poolName);
    }


    /**
     * 调用父类的构造方法，并初始化HashMap和线程池名称
     *
     * @param corePoolSize    线程池核心线程数
     * @param maximumPoolSize 线程池最大线程数
     * @param keepAliveTime   线程的最大空闲时间
     * @param unit            空闲时间的单位
     * @param workQueue       保存被提交任务的队列
     * @param threadFactory   线程工厂
     * @param poolName        线程池名称
     */
    public ThreadPoolMonitor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime,
                             TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue,
                             ThreadFactory threadFactory, String poolName) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory);
        this.startTimes = new ConcurrentHashMap<>();
        this.poolName = poolName;
    }


    /**
     * 线程池延迟关闭时（等待线程池里的任务都执行完毕），统计线程池情况
     */
    @Override
    public void shutdown() {
        // 统计已执行任务、正在执行任务、未执行任务数量
        LOGGER.info("{} 关闭线程池， 已执行任务: {}, 正在执行任务: {}, 未执行任务数量: {}",
                this.poolName, this.getCompletedTaskCount(), this.getActiveCount(), this.getQueue().size());
        super.shutdown();
    }

    /**
     * 线程池立即关闭时，统计线程池情况
     */
    @Override
    public List shutdownNow() {
        // 统计已执行任务、正在执行任务、未执行任务数量
        LOGGER.info("{} 立即关闭线程池，已执行任务: {}, 正在执行任务: {}, 未执行任务数量: {}",
                this.poolName, this.getCompletedTaskCount(), this.getActiveCount(), this.getQueue().size());
        return super.shutdownNow();
    }

    /**
     * 任务执行之前，记录任务开始时间
     */
    @Override
    protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
        startTimes.put(String.valueOf(r.hashCode()), new Date());
    }

    /**
     * 任务执行之后，计算任务结束时间
     */
    @Override
    protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
        Date startDate = startTimes.remove(String.valueOf(r.hashCode()));
        Date finishDate = new Date();
        long diff = finishDate.getTime() - startDate.getTime();
        // 统计任务耗时、初始线程数、核心线程数、正在执行的任务数量、
        // 已完成任务数量、任务总数、队列里缓存的任务数量、池中存在的最大线程数、
        // 最大允许的线程数、线程空闲时间、线程池是否关闭、线程池是否终止
        LOGGER.info("{}-pool-monitor: " +
                        "任务耗时: {} ms, 初始线程数: {}, 核心线程数: {}, 正在执行的任务数量: {}, " +
                        "已完成任务数量: {}, 任务总数: {}, 队列里任务数量: {}, 池中存在的最大线程数: {}, " +
                        "最大线程数: {},  线程空闲时间: {}, 线程池是否关闭: {}, 线程池是否终止: {}",
                this.poolName,
                diff, this.getPoolSize(), this.getCorePoolSize(), this.getActiveCount(),
                this.getCompletedTaskCount(), this.getTaskCount(), this.getQueue().size(), this.getLargestPoolSize(),
                this.getMaximumPoolSize(), this.getKeepAliveTime(TimeUnit.MILLISECONDS), this.isShutdown(), this.isTerminated());
    }

    /**
     * 生成线程池所用的线程，改写了线程池默认的线程工厂，传入线程池名称，便于问题追踪
     */
    static class MonitorThreadFactory implements ThreadFactory {
        private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
        private final ThreadGroup group;
        private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
        private final String namePrefix;

        /**
         * 初始化线程工厂
         *
         * @param poolName 线程池名称
         */
        MonitorThreadFactory(String poolName) {
            SecurityManager s = System.getSecurityManager();
            group = Objects.nonNull(s) ? s.getThreadGroup() : Thread.currentThread().getThreadGroup();
            namePrefix = poolName + "-pool-" + poolNumber.getAndIncrement() + "-thread-";
        }

        @Override
        public Thread newThread(Runnable r) {
            Thread t = new Thread(group, r, namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(), 0);
            if (t.isDaemon()) {
                t.setDaemon(false);
            }
            if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY) {
                t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
            }
            return t;
        }
    }
}
复制代码
  1. 使用自定义线程池的CompletableFuture；
    private final static BlockingQueue workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(100);
    private final static ThreadPoolMonitor threadPoolMonitor = new ThreadPoolMonitor(5, 10, 100L,
            TimeUnit.SECONDS, workQueue, "monitor");

    @Test
    public void testCompletableFuture() {
        CompletableFuture order = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            OrderService orderService = new OrderServiceImpl();
            return orderService.queryOrderInfo();
        },threadPoolMonitor);
        String result=order.join();
        assertTrue(Objects.nonNull(result));
    }
复制代码




        
    
        

            

    






    



            
            
相关推荐

            

                                                

                                                            
Linux高性能服务器设计

                    

                        
C10K和C10M计算机领域的很多技术都是需求推动的，上世纪90年代，由于互联网的飞速发展，网络服务器无法支撑快速增长的用户规模。1999年，DanKegel提出了著名的C10问题：一台服务器上同时...

                    

                                                        

                                

                                                            
独立游戏开发者常犯的十大错误

                    

                        
...

                    

                                                        

                                

                                                            
学C了一头雾水该咋办?

                    

                        
学C了一头雾水该怎么办？最简单的方法就是你再学一遍呗。俗话说熟能生巧，铁杵也能磨成针。但是一味的为学而学，这个好像没什么卵用。为什么学了还是一头雾水，重点就在这，找出为什么会这个样子？１、概念理解不深...

                    

                                                        

                                

                                                            
C++基础语法梳理:inline 内联函数!虚函数可以是内联函数吗?

                    

                        
上节我们分析了C++基础语法的const，static以及this指针，那么这节内容我们来看一下inline内联函数吧！inline内联函数...

                    

                                                        

                                

                                                            
C语言实战小游戏:井字棋(三子棋)大战!文内含有源码

                    

                        
井字棋是黑白棋的一种。井字棋是一种民间传统游戏，又叫九宫棋、圈圈叉叉、一条龙、三子旗等。将正方形对角线连起来，相对两边依次摆上三个双方棋子，只要将自己的三个棋子走成一条线，对方就算输了。但是，有很多时...

                    

                                                        

                                

                                                            
C++语言到底是不是C语言的超集之一

                    

                        
C与C++两个关系亲密的编程语言，它们本质上是两中语言，只是C++语言设计时要求尽可能的兼容C语言特性，因此C语言中99%以上的功能都可以使用C++完成。本文探讨那些存在于C语言中的特性，但是在C++...

                    

                                                        

                                

                                                            
在C++中，如何避免出现Bug?

                    

                        
C++中的主要问题之一是存在大量行为未定义或对程序员来说意外的构造。我们在使用静态分析器检查各种项目时经常会遇到这些问题。但正如我们所知，最佳做法是在编译阶段尽早检测错误。让我们来看看现代C++中的一...

                    

                                                        

                                

                                                            
ESL-通过事件控制FreeSWITCH

                    

                        
通过事件提供的最底层控制机制，允许我们有效地利用工具箱，适时选择使用其中的单个工具。FreeSWITCH是一个核心交换与混合矩阵，它周围有几十个模块提供各种功能特性。我们完全控制了所有的即时信息，这些...

                    

                                                        

                                

                                                            
物理老师教你学C++语言(中篇)

                    

                        
一、条件语句与实验判断...

                    

                                                        

                                

                                                            
C语言入门指南

                    

                        
当然！以下是关于C语言入门编程的基础介绍和入门建议，希望能帮你顺利起步：C语言入门指南...

                    

                                                        

                                

                                                            
C++选择结构，让程序自动进行决策

                    

                        
什么是选择结构？正常的程序都是从上至下顺序执行，这就是顺序结构...

                    

                                                        

                                

                                                            
C++特性使用建议

                    

                        
1.引用参数使用引用替代指针且所有不变的引用参数必须加上const。在C语言中，如果函数需要修改变量的值，参数必须为指针，如...

                    

                                                        

                                

                                                            
C++程序员学习Zig指南(中篇)

                    

                        
1.复合数据类型结构体与方法的对比C++类：...

                    

                                                        

                                

                                                            
研一自学C++啃得动吗?

                    

                        
研一自学C++啃得动吗?在开始前我有一些资料，是我根据网友给的问题精心整理了一份「C++的资料从专业入门到高级教程」，点个关注在评论区回复“888”之后私信回复“888”，全部无偿共享给大家！！！个人...

                    

                                                        

                                

                                                            
C++关键字介绍

                    

                        
下表列出了C++中的常用关键字，这些关键字不能作为变量名或其他标识符名称。1、autoC++11的auto用于表示变量的自动类型推断。即在声明变量的时候，根据变量初始值的类型自动为此变量选择匹配的...

                    

                                                        

                
            


            
        
        

                                    

                
一周热门

                

                    
                

            

                                    




最近发表












标签列表








                    

    







    

                Copyright Your WebSite.Some Rights Reserved.