Java多線程工具CompletableFuture的使用教程

更新時間：2022年08月19日 14:29:18 作者：Real_man

CompletableFuture實現(xiàn)了CompletionStage接口和Future接口，前者是對后者的一個擴(kuò)展，增加了異步回調(diào)、流式處理、多個Future組合處理的能力。本文就來詳細(xì)講講CompletableFuture的使用方式，需要的可以參考一下

前言

Future的問題

寫多線程程序的時候，可以使用Future從一個異步線程中拿到結(jié)果，但是如果使用過程中會發(fā)現(xiàn)一些問題：

如果想要對Future的結(jié)果做進(jìn)一步的操作，需要阻塞當(dāng)前線程
多個Future不能被鏈?zhǔn)降膱?zhí)行，每個Future的結(jié)果都是獨立的，期望對一個Future的結(jié)果做另外一件異步的事情；
沒有異常處理策略，如果Future執(zhí)行失敗了，需要手動捕捉

CompletableFuture應(yīng)運而生

為了解決Future問題，JDK在1.8的時候給我們提供了一個好用的工具類CompletableFuture；

它實現(xiàn)了Future和CompletionStage接口，針對Future的不足之處給出了相應(yīng)的處理方式。

在異步線程執(zhí)行結(jié)束后可以自動回調(diào)我們新的處理邏輯，無需阻塞
可以對多個異步任務(wù)進(jìn)行編排，組合或者排序
異常處理

CompletableFuture的核心思想是將每個異步任務(wù)都可以看做一個步驟(CompletionStage)，然后其他的異步任務(wù)可以根據(jù)這個步驟做一些想做的事情。

CompletionStage定義了許多步驟處理的方法，功能非常強大，這里就只列一下日常中常用到的一些方法供大家參考。

使用方式

基本使用-提交異步任務(wù)

簡單的使用方式

異步執(zhí)行，無需結(jié)果：

// 可以執(zhí)行Executors異步執(zhí)行，如果不指定，默認(rèn)使用ForkJoinPool
CompletableFuture.runAsync(() -> System.out.println("Hello CompletableFuture!"));

異步執(zhí)行，同時返回結(jié)果：

// 同樣可以指定線程池
CompletableFuture<String> stringCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello CompletableFuture!");
System.out.println(stringCompletableFuture.get());

處理上個異步任務(wù)結(jié)果

thenRun: 不需要上一步的結(jié)果，直接直接新的操作
thenAccept：獲取上一步異步處理的內(nèi)容，進(jìn)行新的操作
thenApply: 獲取上一步的內(nèi)容，然后產(chǎn)生新的內(nèi)容

所有加上Async后綴的，代表新的處理操作仍然是異步的。Async的操作都可以指定Executors進(jìn)行處理

// Demo
       CompletableFuture
                .supplyAsync(() -> "Hello CompletableFuture!")
                // 針對上一步的結(jié)果做處理，產(chǎn)生新的結(jié)果
                .thenApplyAsync(s -> s.toUpperCase())
                // 針對上一步的結(jié)果做處理，不返回結(jié)果
                .thenAcceptAsync(s -> System.out.println(s))
                // 不需要上一步返回的結(jié)果，直接進(jìn)行操作
                .thenRunAsync(() -> System.out.println("end"));
        ;

對兩個結(jié)果進(jìn)行選用-acceptEither

當(dāng)我們有兩個回調(diào)在處理的時候，任何完成都可以使用，兩者結(jié)果沒有關(guān)系，那么使用acceptEither。

兩個異步線程誰先執(zhí)行完成，用誰的結(jié)果，其余類型的方法也是如此。

// 返回abc
CompletableFuture
                .supplyAsync(() -> {
                    SleepUtils.sleep(100);
                    return "Hello CompletableFuture!";
                })
                .acceptEither(CompletableFuture.supplyAsync(() -> "abc"), new Consumer<String>() {
                    @Override
                    public void accept(String s) {
                        System.out.println(s);
                    }
                });
// 返回Hello CompletableFuture!       
CompletableFuture
                .supplyAsync(() -> "Hello CompletableFuture!")
                .acceptEither(CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                    SleepUtils.sleep(100);
                    return "abc";
                }), new Consumer<String>() {
                    @Override
                    public void accept(String s) {
                        System.out.println(s);
                    }
                });

對兩個結(jié)果進(jìn)行合并-thenCombine, thenAcceptBoth

thenCombine

當(dāng)我們有兩個CompletionStage時，需要對兩個的結(jié)果進(jìn)行整合處理，然后計算得出一個新的結(jié)果。

thenCompose是對上一個CompletionStage的結(jié)果進(jìn)行處理，返回結(jié)果，并且返回類型必須是CompletionStage。
thenCombine是得到第一個CompletionStage的結(jié)果，然后拿到當(dāng)前的CompletionStage，兩者的結(jié)果進(jìn)行處理。

        CompletableFuture<Integer> heightAsync = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 172);

        CompletableFuture<Double> weightAsync = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 65)
                .thenCombine(heightAsync, new BiFunction<Integer, Integer, Double>() {
                    @Override
                    public Double apply(Integer wight, Integer height) {
                        return wight * 10000.0 / (height * height);
                    }
                })
                ;

thenAcceptBoth

需要兩個異步CompletableFuture的結(jié)果，兩者都完成的時候，才進(jìn)入thenAcceptBoth回調(diào)。

// thenAcceptBoth案例：
        CompletableFuture
                .supplyAsync(() -> "Hello CompletableFuture!")
                .thenAcceptBoth(CompletableFuture.supplyAsync(() -> "abc"), new BiConsumer<String, String>() {
                		// 參數(shù)一為我們剛開始運行時的CompletableStage，新傳入的作為第二個參數(shù)
                    @Override
                    public void accept(String s, String s2) {
                        System.out.println("param1=" + s + ", param2=" + s2);
                    }
                });
// 結(jié)果：param1=Hello CompletableFuture!, param2=abc

異常處理

當(dāng)我們使用CompleteFuture進(jìn)行鏈?zhǔn)秸{(diào)用的時候，多個異步回調(diào)中，如果有一個執(zhí)行出現(xiàn)問題，那么接下來的回調(diào)都會停止，所以需要一種異常處理策略。

exceptionally

exceptionally是當(dāng)出現(xiàn)錯誤時，給我們機(jī)會進(jìn)行恢復(fù)，自定義返回內(nèi)容。

        CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            throw new RuntimeException("發(fā)生錯誤");
        }).exceptionally(throwable -> {
            log.error("調(diào)用錯誤 {}", throwable.getMessage(), throwable);
            return "異常處理內(nèi)容";
        });

handle

exceptionally是只有發(fā)生異常時才會執(zhí)行，而handle則是不管是否發(fā)生錯誤都會執(zhí)行。

CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    return "abc";
})
.handle((r,err) -> {
    log.error("調(diào)用錯誤 {}", err.getMessage(), err);
    // 對結(jié)果做額外的處理
    return r;
})
;

案例

大量用戶發(fā)送短信|消息

需求為對某個表中特定條件的用戶進(jìn)行短信通知，但是短信用戶有成百上千萬，如果使用單線程讀取效率會很慢。這個時候可以考慮使用多線程的方式進(jìn)行讀?。?/p>

1、將讀取任務(wù)拆分為多個不同的子任務(wù)，指定讀取的偏移量和個數(shù)

  // 假設(shè)有500萬條記錄
        long recordCount = 500 * 10000;
        int subTaskRecordCount = 10000;
        // 對記錄進(jìn)行分片
        List<Map> subTaskList = new LinkedList<>();
        for (int i = 0; i < recordCount / 500; i++) {
            // 如果子任務(wù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建議使用對象
            HashMap<String, Integer> subTask = new HashMap<>();
            subTask.put("index", i);
            subTask.put("offset", i * subTaskRecordCount);
            subTask.put("count", subTaskRecordCount);
            subTaskList.add(subTask);
        }

2、使用多線程進(jìn)行批量讀取

  // 進(jìn)行subTask批量處理，拆分為不同的任務(wù)
        subTaskList.stream()
                .map(subTask -> CompletableFuture.runAsync(()->{
                    // 讀取數(shù)據(jù)，然后處理
                    // dataTunel.read(subTask);
                },excuturs))   // 使用應(yīng)用的通用任務(wù)線程池
                .map(c -> ((CompletableFuture<?>) c).join());

3、進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理，或者直接在讀取完進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理也是可以；

并發(fā)獲取商品不同信息

在系統(tǒng)拆分比較細(xì)的時候，價格，優(yōu)惠券，庫存，商品詳情等信息分散在不同的系統(tǒng)中，有時候需要同時獲取商品的所有信息，有時候可能只需要獲取商品的部分信息。

當(dāng)然問題點在于要調(diào)用多個不同的系統(tǒng)，需要將RT降低下來，那么需要進(jìn)行并發(fā)調(diào)用；

     List<Task> taskList = new ArrayList<>();
        List<Object> result = taskList.stream()
                .map(task -> CompletableFuture.supplyAsync(()->{
//                    handlerMap.get(task).query();
                    return "";
                }, executorService))
                .map(c -> c.join())
                .collect(Collectors.toList());