Java8新特性整理之CompletableFuture：组合式、异步编程（七）

使用CompletableFuture构建异步应用
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类将使得这些成为可能。

CompletableFuture
JDK1.8才新加入的一个实现类CompletableFuture，实现了Future, CompletionStage两个接口。

当一个Future可能需要显示地完成时，使用CompletionStage接口去支持完成时触发的函数和操作。

当两个及以上线程同时尝试完成、异常完成、取消一个CompletableFuture时，只有一个能成功。

CompletableFuture实现了CompletionStage接口的如下策略：

为了完成当前的CompletableFuture接口或者其他完成方法的回调函数的线程，提供了非异步的完成操作。

没有显式入参Executor的所有async方法都使用ForkJoinPool.commonPool()为了简化监视、调试和跟踪，所有生成的异步任务都是标记接口AsynchronousCompletionTask的实例。

所有的CompletionStage方法都是独立于其他共有方法实现的，因此一个方法的行为不会受到子类中其他方法的覆盖。

CompletableFuture实现了Futurre接口的如下策略：

CompletableFuture无法直接控制完成，所以cancel操作被视为是另一种异常完成形式。方法isCompletedExceptionally可以用来确定一个CompletableFuture是否以任何异常的方式完成。

以一个CompletionException为例，方法get()和get(long,TimeUnit)抛出一个ExecutionException，对应CompletionException。为了在大多数上下文中简化用法，这个类还定义了方法join()和getNow，而不是直接在这些情况中直接抛出CompletionException。

CompletableFuture中4个异步执行任务静态方法：

public static CompletableFuture supplyAsync(Supplier supplier) {
        return asyncSupplyStage(asyncPool, supplier);
    }

public static CompletableFuture supplyAsync(Supplier supplier,Executor executor) {
    return asyncSupplyStage(screenExecutor(executor), supplier);
}

public static CompletableFuture runAsync(Runnable runnable) {
    return asyncRunStage(asyncPool, runnable);
}

public static CompletableFuture runAsync(Runnable runnable, Executor executor) {
    return asyncRunStage(screenExecutor(executor), runnable);
}

其中supplyAsync用于有返回值的任务，runAsync则用于没有返回值的任务。Executor参数可以手动指定线程池，否则默认ForkJoinPool.commonPool()系统级公共线程池， 
注意：这些线程都是Daemon线程，主线程结束Daemon线程不结束，只有JVM关闭时，生命周期终止。

异常处理
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：

@Test
public void test1() throws ExecutionException, InterruptedException {
    CompletableFuture completableFuture = new CompletableFuture<>();
    new Thread(() -> {
        // 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("ok");
    }).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);
}

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TimeoutException 。不过，也因为如此，你不能确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。

@Test
public void test2() throws ExecutionException, InterruptedException {
    CompletableFuture completableFuture = new CompletableFuture<>();
    new Thread(() -> {
        // 模拟执行耗时任务
        System.out.println("task doing...");
        try {
            Thread.sleep(3000);
            int i = 1/0;
        } catch (Exception e) {
            // 告诉completableFuture任务发生异常了
            completableFuture.completeExceptionally(e);
        }
        // 告诉completableFuture任务已经完成
        completableFuture.complete("ok");
    }).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);
}

举个栗子
JDK CompletableFuture 自带多任务组合方法allOf和anyOf

allOf是等待所有任务完成，构造后CompletableFuture完成

anyOf是只要有一个任务完成，构造后CompletableFuture就完成

其它方法的中文解释查看此文☞ https://www.jianshu.com/p/6f3ee90ab7d3

public class CompletableFutureDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Long start = System.currentTimeMillis();
        // 结果集
        List list = new ArrayList<>();

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

        List taskList = Arrays.asList(2, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
        // 全流式处理转换成CompletableFuture[]+组装成一个无返回值CompletableFuture，join等待执行完毕。返回结果whenComplete获取
        CompletableFuture[] cfs = taskList.stream()
                .map(integer -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> calc(integer), executorService)
                                .thenApply(h->Integer.toString(h))
                                .whenComplete((s, e) -> {
                                    System.out.println("任务"+s+"完成!result="+s+"，异常 e="+e+","+new Date());
                                    list.add(s);
                                })
                ).toArray(CompletableFuture[]::new);
        // 封装后无返回值，必须自己whenComplete()获取
        CompletableFuture.allOf(cfs).join();
        System.out.println("list="+list+",耗时="+(System.currentTimeMillis()-start));
    }

    public static Integer calc(Integer i) {
        try {
            if (i == 1) {
                Thread.sleep(3000);//任务1耗时3秒
            } else if (i == 5) {
                Thread.sleep(5000);//任务5耗时5秒
            } else {
                Thread.sleep(1000);//其它任务耗时1秒
            }
            System.out.println("task线程：" + Thread.currentThread().getName()
                    + "任务i=" + i + ",完成！+" + new Date());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return i;
    }
}

常用多线程并发，取结果归集的几种实现方案
描述    Future    FutureTask    CompletionService    CompletableFuture
原理    Future接口    接口RunnableFuture的唯一实现类，RunnableFuture接口继承自Future+Runnable    内部通过阻塞队列+FutureTask接口    JDK8实现了Future, CompletionStage两个接口
多任务并发执行    支持    支持    支持    支持
获取任务结果的顺序    按照提交顺序获取结果    未知    支持任务完成的先后顺序    支持任务完成的先后顺序
异常捕捉    自己捕捉    自己捕捉    自己捕捉    原生API支持，返回每个任务的异常
建议    CPU高速轮询，耗资源，可以使用，但不推荐    功能不对口，并发任务这一块多套一层，不推荐使用    推荐使用，没有JDK8CompletableFuture之前最好的方案，没有质疑    API极端丰富，配合流式编程，速度飞起，推荐使用！
上表来源：https://www.cnblogs.com/dennyzhangdd/p/7010972.html

参考：

https://www.jianshu.com/p/4897ccdcb278

https://www.cnblogs.com/dennyzhangdd/p/7010972.html
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作者：一大三千 
来源：CSDN 
原文：https://blog.csdn.net/u011726984/article/details/79320004 
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