Java併發編程系列一：Future和CompletableFuture解析與使用

時間 2019-12-11

標籤 java 併發編程系列 future completablefuture 解析使用欄目 Java 简体版

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1、Future模式

Java 1.5開始，提供了Callable和Future，經過它們能夠在任務執行完畢以後獲得任務執行結果。java

Future接口能夠構建異步應用，是多線程開發中常見的設計模式。設計模式

當咱們須要調用一個函數方法時。若是這個函數執行很慢,那麼咱們就要進行等待。但有時候,咱們可能並不急着要結果。多線程

所以,咱們可讓被調用者當即返回,讓他在後臺慢慢處理這個請求。對於調用者來講,則能夠先處理一些其餘任務,在真正須要數據的場合再去嘗試獲取須要的數據。app

一、Callable與Runnable

java.lang.Runnable是一個接口，在它裏面只聲明瞭一個run()方法，run返回值是void，任務執行完畢後沒法返回任何結果dom

public interface Runnable {
    public abstract void run(); }

Callable位於java.util.concurrent包下，它也是一個接口，在它裏面也只聲明瞭一個方法叫作call()，這是一個泛型接口，call()函數返回的類型就是傳遞進來的V類型異步

public interface Callable<V> { V call() throws Exception; }

二、Future + Callable

Future就是對於具體的Runnable或者Callable任務的執行結果進行取消、查詢是否完成、獲取結果。必要時能夠經過get方法獲取執行結果，該方法會阻塞直到任務返回結果ide

public interface Future<V> {
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning); boolean isCancelled(); boolean isDone(); V get() throws InterruptedException, ExecutionException; V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; }

怎麼使用Future和Callable呢？通常狀況下是配合ExecutorService來使用的，在ExecutorService接口中聲明瞭若干個submit方法的重載版本函數

<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
Future<?> submit(Runnable task);

Future+Callable，使用示例以下（採用第一個方法）：spa

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;


/**
 * @program: callable
 * @description: Test
 * @author: Mr.Wang
 * @create: 2018-08-12 11:37
 **/
public class MyTest {
    public static void main(String[] args)  {
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        Future<Integer> result = executor.submit(new Callable<Integer>() {
            public Integer call() throws Exception {
                return new Random().nextInt();
            }
        });
        executor.shutdown();

        try {
            System.out.println("result:" + result.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

結果：線程

result:297483790

其它方式：

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;

/**
 * @program: callable
 * @description: testfuture
 * @author: Mr.Wang
 * @create: 2018-08-12 12:11
 **/
public class Testfuture {
    public static void main(String[] args){
        //第一種方式
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>(new Callable<Integer>() {
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                return new Random().nextInt();
            }
        });
        new Thread(task).start();
        //第二種方方式
//        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
//        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<Integer>(new Callable<Integer>() {
//            @Override
//            public Integer call() throws Exception {
//                return new Random().nextInt();
//            }
//        });
//        executor.submit(task);

        try {
            System.out.println("result: "+task.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

result:-358490809

三、Future 接口的侷限性

瞭解了Future的使用，這裏就要談談Future的侷限性。Future很難直接表述多個Future 結果之間的依賴性，開發中，咱們常常須要達成如下目的：

將兩個異步計算合併爲一個（這兩個異步計算之間相互獨立，同時第二個又依賴於第一個的結果）

等待 Future 集合中的全部任務都完成。
僅等待 Future 集合中最快結束的任務完成，並返回它的結果。

2、CompletableFuture

首先，CompletableFuture類實現了CompletionStage和Future接口，所以你能夠像Future那樣使用它。

莫急，下面經過例子來一步一步解釋CompletableFuture的使用。

建立CompletableFuture對象

說明：Async結尾的方法都是能夠異步執行的，若是指定了線程池，會在指定的線程池中執行，若是沒有指定，默認會在ForkJoinPool.commonPool()中執行。下面不少方法都是相似的，再也不作特別說明。

四個靜態方法用來爲一段異步執行的代碼建立CompletableFuture對象，方法的參數類型都是函數式接口，因此可使用lambda表達式實現異步任務

runAsync方法：它以Runnabel函數式接口類型爲參數，因此CompletableFuture的計算結果爲空。

supplyAsync方法以Supplier<U>函數式接口類型爲參數，CompletableFuture的計算結果類型爲U。

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)

一、變換結果

public <U> CompletionStage<U> thenApply(Function<? super T,? extends U> fn);
public <U> CompletionStage<U> thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn);
public <U> CompletionStage<U> thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn,Executor executor);

這些方法的輸入是上一個階段計算後的結果，返回值是通過轉化後結果

例子：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

/**
 * @program: callable
 * @description: test
 * @author: Mr.Wang
 * @create: 2018-08-12 12:36
 **/
public class TestCompleteFuture {
    public static void main(String[] args){
        String result = CompletableFuture.supplyAsync(()->{return "Hello ";}).thenApplyAsync(v -> v + "world").join();
        System.out.println(result);
    }
}

結果：

Hello world

二、消費結果

public CompletionStage<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action);
public CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action);
public CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action,Executor executor);

這些方法只是針對結果進行消費，入參是Consumer，沒有返回值

例子：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

/**
 * @program: callable
 * @description: test
 * @author: Mr.Wang
 * @create: 2018-08-12 12:36
 **/
public class TestCompleteFuture {
    public static void main(String[] args){
        CompletableFuture.supplyAsync(()->{return "Hello ";}).thenAccept(v -> { System.out.println("consumer: " + v);});
    }
}

結果：

consumer: Hello

三、結合兩個CompletionStage的結果，進行轉化後返回

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);

須要上一階段的返回值，而且other表明的CompletionStage也要返回值以後，把這兩個返回值，進行轉換後返回指定類型的值。

說明：一樣，也存在對兩個CompletionStage結果進行消耗的一組方法，例如thenAcceptBoth，這裏再也不進行示例。

例子：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;


/**
 * @program: callable
 * @description: test
 * @author: Mr.Wang
 * @create: 2018-08-12 12:36
 **/
public class TestCompleteFuture {
    public static void main(String[] args){

        String result = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "Hello";
        }).thenCombine(CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "world";
        }),(s1,s2)->{return s1 + " " + s2;}).join();
        System.out.println(result);
    }
}

結果：

Hello world

四、兩個CompletionStage，誰計算的快，就用那個CompletionStage的結果進行下一步的處理

public <U> CompletionStage<U> applyToEither(CompletionStage<? extends T> other,Function<? super T, U> fn);
public <U> CompletionStage<U> applyToEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other,Function<? super T, U> fn);
public <U> CompletionStage<U> applyToEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other,Function<? super T, U> fn,Executor executor);

兩種渠道完成同一個事情，就能夠調用這個方法，找一個最快的結果進行處理，最終有返回值。

例子：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;


/**
 * @program: callable
 * @description: test
 * @author: Mr.Wang
 * @create: 2018-08-12 12:36
 **/
public class TestCompleteFuture {
    public static void main(String[] args){

       String result = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
           try {
               Thread.sleep(100);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           return "Hi Boy";
       }).applyToEither(CompletableFuture.supplyAsync(()->{
           try {
               Thread.sleep(300);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           return "Hi Girl";
       }),(s)->{return s;}).join();
       System.out.println(result);
    }
}

結果：

Hi Boy

五、運行時出現了異常，能夠經過exceptionally進行補償

public CompletionStage<T> exceptionally(Function<Throwable, ? extends T> fn);

例子：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;


/**
 * @program: callable
 * @description: test
 * @author: Mr.Wang
 * @create: 2018-08-12 12:36
 **/
public class TestCompleteFuture {
    public static void main(String[] args){

       String result = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
           try {
               Thread.sleep(100);
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
           if(true) {
               throw new RuntimeException("exception test!");
           }

           return "Hi Boy";
       }).exceptionally(e->{
           System.out.println(e.getMessage());
           return "Hello world!";
       }).join();
       System.out.println(result);
    }
}