手把手教学妹CompletableFuture异步化,性能关系直接起飞!

Guava 的冲击

由于 JDK1.5 Futrure 的 get 方法获取任务结果必须阻塞等待，Google 看不下去了，开发了 Guava 库

 public static void main(String[] args) throws Exception {
     
        // 装饰器模式
        ListeningExecutorService service = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newFixedThreadPool(2));

        ListenableFuture<String> future = service.submit(new MyCallable());

        // 异步非阻塞：观察者模式  当ListenableFuture完成时，需要执行的程序
        Futures.addCallback(future, new FutureCallback<String>() {
     
            @Override
            public void onSuccess(@Nullable String s) {
     

            }

            @Override
            public void onFailure(Throwable throwable) {
     
                throwable.printStackTrace();
            }
        }, service);

        log.info("do something in main");
        Thread.sleep(1000);
        String result = future.get();
        log.info("result：{}", result);
    }

于是 java 开始慌了，jdk8 赶紧出招，于是直接抄个类似的即可。

用多线程优化性能，其实不过就是将串行操作变成并行操作。在串行转换成并行的过程中，一定会涉及到异步化，如下

// 以下两个方法都是耗时操作
doBizA();
doBizB();

现在是串行的，

为了提升性能，得把它们并行化，那具体实施起来该怎么做呢？
如下，创建俩子线程去执行即可。

new Thread(()->doBizA()).start(); 
new Thread(()->doBizB()).start();

主线程无需等待doBizA、doBizB的执行结果，即doBizA()和doBizB()两个操作是异步的。

异步化，是并行方案得以实施的基础，利用多线程优化性能这个核心方案得以实施的基础。所以异步编程很重要，因为优化性能是大厂的核心需求。JDK8提供CompletableFuture支持异步编程。

CompletableFuture的核心优势

3个任务：

• 任务1：洗水壶、烧开水
• 任务2负责洗茶壶、洗茶杯和拿茶叶
• 任务3负责泡茶
  任务3要等待任务1和任务2都完成后才能开始。

下面是代码实现会发现：无需手工维护线程，无需关注给任务分配线程

//任务1：洗水壶->烧开水
CompletableFuture<Void> f1 = 
  CompletableFuture.runAsync(()->{
     
  System.out.println("T1:洗水壶...");
  sleep(1, TimeUnit.SECONDS);

  System.out.println("T1:烧开水...");
  sleep(15, TimeUnit.SECONDS);
});
//任务2：洗茶壶->洗茶杯->拿茶叶
CompletableFuture<String> f2 = 
  CompletableFuture.supplyAsync(()->{
     
  System.out.println("T2:洗茶壶...");
  sleep(1, TimeUnit.SECONDS);

  System.out.println("T2:洗茶杯...");
  sleep(2, TimeUnit.SECONDS);

  System.out.println("T2:拿茶叶...");
  sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
  return "龙井";
});

//任务3：任务1和任务2完成后执行：泡茶
CompletableFuture<String> f3 = 
  f1.thenCombine(f2, (__, tf)->{
     
    System.out.println("T1:拿到茶叶:" + tf);
    System.out.println("T1:泡茶...");
    return "上茶:" + tf;
  });
//等待任务3执行结果
System.out.println(f3.join());

void sleep(int t, TimeUnit u) {
     
  try {
     
    u.sleep(t);
  }catch(InterruptedException e){
     }
}

// 一次执行结果：
T1:洗水壶...
T2:洗茶壶...
T1:烧开水...
T2:洗茶杯...
T2:拿茶叶...
T1:拿到茶叶:龙井
T1:泡茶...
上茶:龙井

创建CompletableFuture对象

创建CompletableFuture对象主要靠下面代码中展示的这4个

静态方法

头两个使用默认线程池。

runAsync(Runnable runnable)

Runnable 接口的run()方法没有返回值

supplyAsync(Supplier supplier)

Supplier接口的get()方法有返回值

CompletableFuture默认使用公共的ForkJoinPool线程池，这个线程池默认创建的线程数是CPU的核数（也可以通过JVM option:-Djava.util.concurrent.ForkJoinPool.common.parallelism设置ForkJoinPool线程池的线程数）。

若所有CompletableFuture共享一个线程池，那么一旦有任务执行一些很慢的I/O操作，就会导致线程池中所有线程都阻塞在I/O操作上，从而造成线程饥饿，进而影响整个系统的性能。所以，推荐根据不同业务类型创建不同的线程池，以避免互相干扰。下两个方法可指定线程池

runAsync(Runnable runnable, Executor executor)

supplyAsync(Supplier supplier, Executor executor)

创建完CompletableFuture对象后，会自动异步执行runnable.run()或者supplier.get()，对一个异步操作，我们关注：

• 异步操作什么时候结束
• 如何获取异步操作的执行结果

因为CompletableFuture类实现了Future接口，所以这些都是通过Future接口解决的。
CompletableFuture类还实现了CompletionStage接口

CompletionStage接口

任务有时序关系，比如

• 串行
  比如烧水泡茶，其中洗水壶和烧开水
• 并行
  洗水壶、烧开水和洗茶壶、洗茶杯这两组任务之间
• 汇聚
  烧开水、拿茶叶这俩任务和泡茶就是汇聚

CompletionStage接口可清晰描述任务之间的这种时序关系，例如

f3 = f1.thenCombine(f2, ()->{
     }) 

描述的就是一种汇聚关系。烧水泡茶中的汇聚关系是一种

• AND 聚合关系
  AND指所有依赖的任务（烧开水和拿茶叶）都完成后才开始执行当前任务（泡茶）

还有

• OR聚合关系
  OR指的是依赖的任务只要有一个完成就可以执行当前任务。

1 串行关系

CompletionStage接口里面描述串行关系，主要是thenApply、thenAccept、thenRun和thenCompose这四个系列的接口。

thenApply系

fn的类型是接口Function，这个接口里与CompletionStage相关的方法是 R apply(T t)

该方法既能接收参数也支持返回值，所以thenApply系列方法返回的是CompletionStage。

thenAccept系

参数consumer的类型是接口Consumer，这个接口里与CompletionStage相关的方法是
void accept(T t)

该方法虽然支持参数，但不支持返回值，所以thenAccept系方法返回值是CompletionStage。

thenRun系

参数是Runnable，所以action既不能接收参数也不支持返回值，所以thenRun系列方法返回的也是CompletionStage。

Async表示异步执行fn、consumer或action。

thenCompose系

这个系列的方法会新创建出一个子流程，最终结果和thenApply系相同。

看如何使用thenApply()。
supplyAsync()启动一个异步流程，之后是两个串行操作。虽然这是一个异步流程，但任务1、2、3是串行执行，即2依赖1的执行结果，3依赖2的执行结果。

2 AND汇聚

主要是thenCombine、thenAcceptBoth和runAfterBoth系接口

3 OR汇聚

主要是applyToEither、acceptEither和runAfterEither系接口

CompletionStage applyToEither(other, fn);
CompletionStage applyToEitherAsync(other, fn);
CompletionStage acceptEither(other, consumer);
CompletionStage acceptEitherAsync(other, consumer);
CompletionStage runAfterEither(other, action);
CompletionStage runAfterEitherAsync(other, action);

如何使用applyToEither()描述OR汇聚关系。

CompletableFuture<String> f1 = 
  CompletableFuture.supplyAsync(()->{
     
    int t = getRandom(5, 10);
    sleep(t, TimeUnit.SECONDS);
    return String.valueOf(t);
});

CompletableFuture<String> f2 = 
  CompletableFuture.supplyAsync(()->{
     
    int t = getRandom(5, 10);
    sleep(t, TimeUnit.SECONDS);
    return String.valueOf(t);
});

CompletableFuture<String> f3 = 
  f1.applyToEither(f2,s -> s);

System.out.println(f3.join());

CompletableFuture 中各种关系（并行、串行、聚合），支持的各种场景。 比如：线程A 等待线程B或线程C等待线程A、B 。

其实CountdownLatch、ThreadPoolExecutor 和Future 就是来解决这些关系场景的，现在有了 completableFuture，可以优先考虑使用 CompletableFuture。

4 异常处理

fn、consumer、action的核心方法都不允许抛受检异常，但无法限制它们抛运行时异常，例如下面的代码，执行 1/0 就会出现除0错误的运行时异常。
非异步编程里，可以用try/catch捕获并处理异常，异步编程里该如何处理呢？

CompletionStage给出的方案很简单，使用这些方法处理异常和串行操作一样的，而且还支持链式编程。

CompletionStage exceptionally(fn);
CompletionStage<R> whenComplete(consumer);
CompletionStage<R> whenCompleteAsync(consumer);
CompletionStage<R> handle(fn);
CompletionStage<R> handleAsync(fn);

• exceptionally()类似try/catch中的catch
  
• whenComplete()和handle()类似try/finally的finally，无论是否发生异常都会执行whenComplete()中的回调方法consumer和handle()中的回调方法fn
  whenComplete()不支持返回结果，handle()支持返回结果。

学了这么多，最后来看个例子：

//采购订单
PurchersOrder po;
CompletableFuture<Boolean> cf = 
  CompletableFuture.supplyAsync(()->{
     
    // 在MySQL中查询规则
    return findRuleByJdbc();
  }).thenApply(r -> {
     
    // 规则校验
    return check(po, r);
});
Boolean isOk = cf.join();

如上代码问题在于：

• 读数据库属于I/O操作，应定制单独的线程池，避免线程饥饿
• 查出来的结果做为下一步处理的条件，若结果为空，没有对应处理
• 异常未处理