解读CompletableFuture异步多线程的使用方式
作者:熊出没
一、一个示例回顾Future
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() throws ExecutionException, InterruptedException { ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5); Future<String> future = executorService.submit(() -> { Thread.sleep(2000); return "hello"; }); System.out.println(future.get()); System.out.println("end"); }
与此同时,Future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。
这里定义两个Future,第一个通过用户id获取用户信息,第二个通过商品id获取商品信息。
@Test public void testCountDownLatch() throws InterruptedException, ExecutionException { ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5); CountDownLatch downLatch = new CountDownLatch(2); long startTime = System.currentTimeMillis(); Future<String> userFuture = executorService.submit(() -> { //模拟查询商品耗时500毫秒 Thread.sleep(500); downLatch.countDown(); return "用户A"; }); Future<String> goodsFuture = executorService.submit(() -> { //模拟查询商品耗时500毫秒 Thread.sleep(400); downLatch.countDown(); return "商品A"; }); downLatch.await(); //模拟主程序耗时时间 Thread.sleep(600); System.out.println("获取用户信息:" + userFuture.get()); System.out.println("获取商品信息:" + goodsFuture.get()); System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms"); }
执行结果如下所示:
从运行结果可以看出结果都已经获取,而且如果我们不用异步操作,执行时间应该是:500+400+600 = 1500
,用异步操作后实际只用1110。
但是Java8以后我不在认为这是一种优雅的解决方式,接下来来了解下CompletableFuture
的使用。
二、通过CompletableFuture实现上面的示例
@Test public void testCompletableInfo() throws InterruptedException, ExecutionException { long startTime = System.currentTimeMillis(); //调用用户服务获取用户基本信息 CompletableFuture<String> userFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> //模拟查询商品耗时500毫秒 { try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "用户A"; }); //调用商品服务获取商品基本信息 CompletableFuture<String> goodsFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> //模拟查询商品耗时500毫秒 { try { Thread.sleep(400); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "商品A"; }); System.out.println("获取用户信息:" + userFuture.get()); System.out.println("获取商品信息:" + goodsFuture.get()); //模拟主程序耗时时间 Thread.sleep(600); System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms"); }
执行结果如下:
通过CompletableFuture
可以很轻松的实现CountDownLatch
的功能,你以为这就结束了,远远不止,CompletableFuture
比这要强多了。
比如可以实现:任务1执行完了再执行任务2,甚至任务1执行的结果,作为任务2的入参数等等强大功能,下面就来学学CompletableFuture
的API。
三、CompletableFuture的创建方式
3.1 常用的4种创建方式
CompletableFuture
源码中有四个静态方法用来执行异步任务
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier){..} public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier,Executor executor){..} public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable){..} public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,Executor executor){..}
一般我们用上面的静态方法来创建CompletableFuture
,这里也解释下他们的区别:
supplyAsync」执行任务,支持返回值。
runAsync」执行任务,没有返回值。
- supplyAsync方法」
//使用默认内置线程池ForkJoinPool.commonPool(),根据supplier构建执行任务 public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier) //自定义线程,根据supplier构建执行任务 public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)
- runAsync方法」
//使用默认内置线程池ForkJoinPool.commonPool(),根据runnable构建执行任务 public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable) //自定义线程,根据runnable构建执行任务 public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable, Executor executor)
3.2 获取结果的4种方式
CompltableFuture
类提供了四种方式
//方式一 public T get() //方式二 public T get(long timeout, TimeUnit unit) //方式三 public T getNow(T valueIfAbsent) //方式四 public T join()
说明:
- 「get()和get(long timeout, TimeUnit unit)」 => 在Future中就已经提供了,后者提供超时处理,如果在指定时间内未获取结果将抛出超时异常
- 「getNow」 => 立即获取结果不阻塞,结果计算已完成将返回结果或计算过程中的异常,如果未计算完成将返回设定的valueIfAbsent值
- 「join」 => 方法里不会抛出异常
@Test public void testCompletableGet() throws InterruptedException, ExecutionException { CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "商品A"; }); // getNow方法测试 System.out.println(cp1.getNow("商品B")); //join方法测试 CompletableFuture<Integer> cp2 = CompletableFuture.supplyAsync((() -> 1 / 0)); System.out.println(cp2.join()); System.out.println("-----------------------------------------------------"); //get方法测试 CompletableFuture<Integer> cp3 = CompletableFuture.supplyAsync((() -> 1 / 0)); System.out.println(cp3.get()); }
「运行结果」:
第一个执行结果为 「商品B」,因为要先睡上1秒结果不能立即获取
join方法获取结果方法里不会抛异常,但是执行结果会抛异常,抛出的异常为CompletionException
get方法获取结果方法里将抛出异常,执行结果抛出的异常为ExecutionException
四、异步回调方法
4.1 thenRun/thenRunAsync
通俗点讲就是,「做完第一个任务后,再做第二个任务,第二个任务也没有返回值」。
示例如下所示:
@Test public void testCompletableThenRunAsync() throws InterruptedException, ExecutionException { long startTime = System.currentTimeMillis(); CompletableFuture<Void> cp1 = CompletableFuture.runAsync(() -> { try { //执行任务A Thread.sleep(600); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); CompletableFuture<Void> cp2 = cp1.thenRun(() -> { try { //执行任务B Thread.sleep(400); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); // get方法测试 System.out.println(cp2.get()); //模拟主程序耗时时间 Thread.sleep(600); System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms"); }
结果如下:
总共用时1610ms
「thenRun 和thenRunAsync有什么区别呢?」
如果你执行第一个任务的时候,传入了一个自定义线程池:
调用thenRun方法执行第二个任务时,则第二个任务和第一个任务是共用同一个线程池。
调用thenRunAsync
执行第二个任务时,则第一个任务使用的是你自己传入的线程池,第二个任务使用的是ForkJoin线程池。
说明: 后面介绍的thenAccept
和thenAcceptAsync
,thenApply
和thenApplyAsync
等,它们之间的区别也是这个。
4.2 thenAccept/thenAcceptAsync
第一个任务执行完成后,执行第二个回调方法任务,会将第一个任务的执行结果,作为入参,传递到第二个回调任务方法中,但是回调方法是没有返回值的。
代码示例:
@Test public void testCompletableThenAccept() throws ExecutionException, InterruptedException { long startTime = System.currentTimeMillis(); CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { return "dev"; }); CompletableFuture<Void> cp2 = cp1.thenAccept((a) -> { System.out.println("上一个任务的返回结果为: " + a); }); cp2.get(); }
结果:
上一个任务的返回结果为: dev
4.3 thenApply/thenApplyAsync
表示第一个任务执行完成后,执行第二个回调方法任务,会将该任务的执行结果,作为入参,传递到回调方法中,并且回调方法是有返回值的。
示例如下:
@Test public void testCompletableThenApply() throws ExecutionException, InterruptedException { CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { return "dev"; }).thenApply((a) -> { if(Objects.equals(a,"dev")){ return "dev"; } return "prod"; }); System.out.println("当前环境为:" + cp1.get()); }
结果如下:
当前环境为:dev
五、异常回调
当CompletableFuture
的任务不论是正常完成还是出现异常它都会调用 「whenComplete」这回调函数。
- 「正常完成」:whenComplete返回结果和上级任务一致,异常为null;
- 「出现异常」:whenComplete返回结果为null,异常为上级任务的异常;
即调用get()
时,正常完成时就获取到结果,出现异常时就会抛出异常,需要你处理该异常。
下面看示例:
5.1 只用whenComplete
@Test public void testCompletableWhenComplete() throws ExecutionException, InterruptedException { CompletableFuture<Double> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { if (Math.random() < 0.5) { throw new RuntimeException("出错了"); } System.out.println("正常结束"); return 0.11; }).whenComplete((aDouble, throwable) -> { if (aDouble == null) { System.out.println("whenComplete aDouble is null"); } else { System.out.println("whenComplete aDouble is " + aDouble); } if (throwable == null) { System.out.println("whenComplete throwable is null"); } else { System.out.println("whenComplete throwable is " + throwable.getMessage()); } }); System.out.println("最终返回的结果 = " + future.get()); }
正常完成,没有异常时:
出现异常时:get()会抛出异常
5.2 whenComplete + exceptionally示例
@Test public void testWhenCompleteExceptionally() throws ExecutionException, InterruptedException { CompletableFuture<Double> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { if (Math.random() < 0.5) { throw new RuntimeException("出错了"); } System.out.println("正常结束"); return 0.11; }).whenComplete((aDouble, throwable) -> { if (aDouble == null) { System.out.println("whenComplete aDouble is null"); } else { System.out.println("whenComplete aDouble is " + aDouble); } if (throwable == null) { System.out.println("whenComplete throwable is null"); } else { System.out.println("whenComplete throwable is " + throwable.getMessage()); } }).exceptionally((throwable) -> { System.out.println("exceptionally中异常:" + throwable.getMessage()); return 0.0; }); System.out.println("最终返回的结果 = " + future.get()); }
当出现异常时,exceptionally
中会捕获该异常,给出默认返回值0.0。
六、多任务组合回调(重点学习,任务编排)
6.1 AND组合关系
thenCombine
/ thenAcceptBoth
/ runAfterBoth
都表示:「当任务一和任务二都完成再执行任务三」。
区别在于:
- 「runAfterBoth」 不会把执行结果当做方法入参,且没有返回值
- 「thenAcceptBoth」: 会将两个任务的执行结果作为方法入参,传递到指定方法中,且无返回值
- 「thenCombine」:会将两个任务的执行结果作为方法入参,传递到指定方法中,且有返回值
@Test public void testCompletableThenCombine() throws ExecutionException, InterruptedException { //创建线程池 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10); //开启异步任务1 CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("异步任务1,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId()); int result = 1 + 1; System.out.println("异步任务1结束"); return result; }, executorService); //开启异步任务2 CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("异步任务2,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId()); int result = 1 + 1; System.out.println("异步任务2结束"); return result; }, executorService); //任务组合 CompletableFuture<Integer> task3 = task.thenCombineAsync(task2, (f1, f2) -> { System.out.println("执行任务3,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId()); System.out.println("任务1返回值:" + f1); System.out.println("任务2返回值:" + f2); return f1 + f2; }, executorService); Integer res = task3.get(); System.out.println("最终结果:" + res); }
结果如下:
6.2 OR组合关系
applyToEither
/ acceptEither
/ runAfterEither
都表示:「两个任务,只要有一个任务完成,就执行任务三」。
区别在于:
- 「runAfterEither」:不会把执行结果当做方法入参,且没有返回值
- 「acceptEither」: 会将已经执行完成的任务,作为方法入参,传递到指定方法中,且无返回值
- 「applyToEither」:会将已经执行完成的任务,作为方法入参,传递到指定方法中,且有返回值
代码示例:
@Test public void testCompletableEitherAsync() { //创建线程池 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10); //开启异步任务1 CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("异步任务1,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId()); int result = 1 + 1; System.out.println("异步任务1结束"); return result; }, executorService); //开启异步任务2 CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("异步任务2,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId()); int result = 1 + 2; try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("异步任务2结束"); return result; }, executorService); //任务组合 task.acceptEitherAsync(task2, (res) -> { System.out.println("执行任务3,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId()); System.out.println("上一个任务的结果为:"+res); }, executorService); }
运行结果如下:
通过结果可以看出,异步任务2都没有执行结束,任务3获取的也是1的执行结果 。
注意
如果把上面的核心线程数改为1也就是
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
结果如下,可以看到任务3根本没执行,直接丢弃
6.3 多任务组合
- 「allOf」:等待所有任务完成
- 「anyOf」:只要有一个任务完成
示例
- allOf:等待所有任务完成
@Test public void testCompletableAallOf() throws ExecutionException, InterruptedException { //创建线程池 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10); //开启异步任务1 CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("异步任务1,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId()); int result = 1 + 1; System.out.println("异步任务1结束"); return result; }, executorService); //开启异步任务2 CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("异步任务2,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId()); int result = 1 + 2; try { Thread.sleep(3000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("异步任务2结束"); return result; }, executorService); //开启异步任务3 CompletableFuture<Integer> task3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("异步任务3,当前线程是:" + Thread.currentThread().getId()); int result = 1 + 3; try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("异步任务3结束"); return result; }, executorService); //任务组合 CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(task, task2, task3); //等待所有任务完成 allOf.get(); //获取任务的返回结果 System.out.println("task结果为:" + task.get()); System.out.println("task2结果为:" + task2.get()); System.out.println("task3结果为:" + task3.get()); }
- anyOf: 只要有一个任务完成
结果如下,可以看到第一个异步任务完成后就执行完主线程了
七、CompletableFuture使用有哪些注意点
CompletableFuture
使我们的异步编程更加便利的、代码更加优雅的同时,我们也要关注下它,使用的一些注意点。
7.1 Future需要获取返回值,才能获取异常信息
注意事项:
join()方法抛出的是unchecked异常(即RuntimeException),不会强制开发者抛出,会将异常包装成CompletionException异常 /CancellationException异常,但是本质原因还是代码内存在的真正的异常,在运行时会抛出
get()方法抛出的是经过检查的异常,ExecutionException, InterruptedException 需要用户手动处理(抛出或者 try catch)
7.2 CompletableFuture的get()方法是阻塞的
CompletableFuture
的get()
方法是阻塞的,如果使用它来获取异步调用的返回值,需要添加超时时间。
7.3、不建议使用默认线程池
CompletableFuture
代码中又使用了默认的 「ForkJoin线程池」,处理的线程个数是电脑 「CPU核数-1」。
在大量请求过来的时候,处理逻辑复杂的话,响应会很慢。
一般建议使用自定义线程池,优化线程池配置参数。
7.4、自定义线程池时,注意饱和策略
CompletableFuture
的get()方法是阻塞的,我们一般建议使用future.get(5, TimeUnit.SECONDS)
。并且一般建议使用自定义线程池。
但是如果线程池拒绝策略是DiscardPolicy
或者DiscardOldestPolicy
,当线程池饱和时,会直接丢弃任务,不会抛弃异常。因此建议,CompletableFuture
线程池策略最好使用AbortPolicy
,然后耗时的异步线程,做好线程池隔离。
总结
以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持脚本之家。