Java8新特性--使用CompletableFuture构建异步应用

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Future 接口的局限性

future接口可以构建异步应用，但依然有其局限性。它很难直接表述多个Future 结果之间的依赖性。实际开发中，我们经常需要达成以下目的：

将两个异步计算合并为一个——这两个异步计算之间相互独立，同时第二个又依赖于第
一个的结果。

等待 Future 集合中的所有任务都完成。

仅等待 Future 集合中最快结束的任务完成（有可能因为它们试图通过不同的方式计算同
一个值），并返回它的结果。

通过编程方式完成一个 Future 任务的执行（即以手工设定异步操作结果的方式）。

应对 Future 的完成事件（即当 Future 的完成事件发生时会收到通知，并能使用 Future
计算的结果进行下一步的操作，不只是简单地阻塞等待操作的结果）

新的CompletableFuture将使得这些成为可能。

CompletableFuture

异步执行

首先，CompletableFuture实现了Future接口，因此你可以像Future那样使用它。

其次，CompletableFuture并非一定要交给线程池执行才能实现异步，你可以像下面这样实现异步运行。

public static void test1() throws Exception{
CompletableFuture<String> completableFuture=new CompletableFuture();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//模拟执行耗时任务
System.out.println("task doing...");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//告诉completableFuture任务已经完成
completableFuture.complete("result");
}
}).start();
//获取任务结果，如果没有完成会一直阻塞等待
String result=completableFuture.get();
System.out.println("计算结果:"+result);
}

错误处理

如果没有意外，上面发的代码工作得很正常。但是，如果任务执行过程中产生了异常会怎样呢？
非常不幸，这种情况下你会得到一个相当糟糕的结果：异常会被限制在执行任务的线程的范围内，最终会杀死该线程，而这会导致等待 get 方法返回结果的线程永久地被阻塞。客户端可以使用重载版本的 get 方法，它使用一个超时参数来避免发生这样的情况。这是一种值得推荐的做法，你应该尽量在你的代码中添加超时判断的逻辑，避免发生类似的问题。使用这种方法至少能防止程序永久地等待下去，超时发生时，程序会得到通知发生了 Timeout-Exception 。不过，也因为如此，你不能指定执行任务的线程内到底发生了什么问题。
为了能获取任务线程内发生的异常，你需要使用CompletableFuture 的completeExceptionally方法将导致CompletableFuture 内发生问题的异常抛出。这样，当执行任务发生异常时，调用get()方法的线程将会收到一个 ExecutionException 异常，该异常接收了一个包含失败原因的Exception 参数。

public static void test2() throws Exception{
CompletableFuture<String> completableFuture=new CompletableFuture();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
//模拟执行耗时任务
System.out.println("task doing...");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
throw new RuntimeException("抛异常了");
}catch (Exception e) {
//告诉completableFuture任务发生异常了
completableFuture.completeExceptionally(e);
}
}
}).start();
//获取任务结果，如果没有完成会一直阻塞等待
String result=completableFuture.get();
System.out.println("计算结果:"+result);
}

工厂方法

前面我们通过编程自己创建 CompletableFuture 对象以及如何获取返回值，虽然看起来这些操作已经比较方便，但还有进一步提升的空间.CompletableFuture 类自身提供了大量精巧的工厂方法，使用这些方法能更容易地完成整个流程，还不用担心实现的细节。supplyAsync 方法接受一个生产者（Supplier）作为参数，返回一个 CompletableFuture对象。生产者方法会交由 ForkJoinPool池中的某个执行线程（ Executor ）运行，但是你也可以使用 supplyAsync 方法的重载版本，传递第二个参数指定线程池执行器执行生产者方法。

public static void test3() throws Exception {
//supplyAsync内部使用ForkJoinPool线程池执行任务
CompletableFuture<String> completableFuture=CompletableFuture.supplyAsync(()->{
//模拟执行耗时任务
System.out.println("task doing...");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//返回结果
return "result";
});
System.out.println("计算结果:"+completableFuture.get());
}

allOf 工厂方法接收一个由CompletableFuture 构成的数组，数组中的所有 Completable-Future 对象执行完成之后，它返回一个 CompletableFuture<Void> 对象。这意味着，如果你需要等待多个 CompletableFuture 对象执行完毕，对 allOf 方法返回的CompletableFuture 执行 join 操作可以等待CompletableFuture执行完成。
或者你可能希望只要 CompletableFuture 对象数组中有任何一个执行完毕就不再等待，在这种情况下，你可以使用一个类似的工厂方法 anyOf 。该方法接收一个 CompletableFuture 对象构成的数组，返回由第一个执行完毕的 CompletableFuture 对象的返回值构成的 CompletableFuture<Object> 。

public static void test4() throws Exception {

CompletableFuture<String> completableFuture1=CompletableFuture.supplyAsync(()->{
//模拟执行耗时任务
System.out.println("task1 doing...");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//返回结果
return "result1";
});

CompletableFuture<String> completableFuture2=CompletableFuture.supplyAsync(()->{
//模拟执行耗时任务
System.out.println("task2 doing...");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//返回结果
return "result2";
});

CompletableFuture<Object> anyResult=CompletableFuture.anyOf(completableFuture1,completableFuture2);

System.out.println("第一个完成的任务结果:"+anyResult.get());

CompletableFuture<Void> allResult=CompletableFuture.allOf(completableFuture1,completableFuture2);

//阻塞等待所有任务执行完成
allResult.join();
System.out.println("所有任务执行完成");

}

将两个CompletableFuture建立联系

通常，我们会有多个需要独立运行但又有所依赖的的任务。比如先等用于的订单处理完毕然后才发送邮件通知客户。

thenCompose 方法允许你对两个异步操作进行流水线，第一个操作完成时，将其结果作为参数传递给第二个操作。你可以创建两个CompletableFutures 对象，对第一个 CompletableFuture 对象调用thenCompose ，并向其传递一个函数。当第一个CompletableFuture 执行完毕后，它的结果将作为该函数的参数，这个函数的返回值是以第一个 CompletableFuture 的返回做输入计算出的第二个 CompletableFuture 对象。

public static void test5() throws Exception {

CompletableFuture<String> completableFuture1=CompletableFuture.supplyAsync(()->{
//模拟执行耗时任务
System.out.println("task1 doing...");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//返回结果
return "result1";
});

//等第一个任务完成后，将任务结果传给参数result，执行后面的任务并返回一个代表任务的completableFuture
CompletableFuture<String> completableFuture2= completableFuture1.thenCompose(result->CompletableFuture.supplyAsync(()->{
//模拟执行耗时任务
System.out.println("task2 doing...");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//返回结果
return "result2";
}));

System.out.println(completableFuture2.get());

}

另一种比较常见的情况是，你需要将两个完全不相干的 CompletableFuture 对象的结果整合起来，而且你也不希望等到第一个任务完全结束才开始第二项任务。这种情况，你应该使用 thenCombine 方法，它接收名为 BiFunction 的第二参数，这个参数定义了当两个 CompletableFuture 对象完成计算后，结果如何合并。

public static void test6() throws Exception {

CompletableFuture<Integer> completableFuture1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
//模拟执行耗时任务
System.out.println("task1 doing...");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//返回结果
return 100;
});

//将第一个任务与第二个任务组合一起执行，都执行完成后，将两个任务的结果合并
CompletableFuture<Integer> completableFuture2 = completableFuture1.thenCombine(
//第二个任务
CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
//模拟执行耗时任务
System.out.println("task2 doing...");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//返回结果
return 2000;
}),
//合并函数
(result1, result2) -> result1 + result2);

System.out.println(completableFuture2.get());

}

响应 CompletableFuture 的 completion 事件

我们可以在每个CompletableFuture 上注册一个操作，该操作会在 CompletableFuture 完成执行后调用它。CompletableFuture 通过 thenAccept 方法提供了这一功能，它接收CompletableFuture 执行完毕后的返回值做参数。

public static void test7() throws Exception {

CompletableFuture<Integer> completableFuture1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
//模拟执行耗时任务
System.out.println("task1 doing...");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//返回结果
return 100;
});

//注册完成事件
completableFuture1.thenAccept(result->System.out.println("task1 done,result:"+result));

CompletableFuture<Integer> completableFuture2=
//第二个任务
CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
//模拟执行耗时任务
System.out.println("task2 doing...");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//返回结果
return 2000;
});

//注册完成事件
completableFuture2.thenAccept(result->System.out.println("task2 done,result:"+result));

//将第一个任务与第二个任务组合一起执行，都执行完成后，将两个任务的结果合并
CompletableFuture<Integer> completableFuture3 = completableFuture1.thenCombine(completableFuture2,
//合并函数
(result1, result2) -> {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return result1 + result2;
});

System.out.println(completableFuture3.get());

}

Notice：当然也不能盲目的使用completableFuture来代替Future，就比如Future中的cancel方法在CompletableFuture中就难以代替。此处还有些需要注意的地方。