CompletableFuture 线程编排

一、前言

Java8 新特性之一,其实现了Future, CompletionStage两接口,后者是对前者的一个扩展,增加了异步回调、流式处理、多个Future组合处理的能力,使 Java 在处理多任务的协同工作时更加顺畅便利。

二、CompletableFuture的使用方法

2.1创建异步任务

2.1.1 runAsync:创建没有返回值的异步任务

// 不带返回值的异步请求,默认线程池:ForkJoinPool
public static CompletableFuture runAsync(Runnable runnable)
 
// 不带返回值的异步请求,可以自定义线程池
public static CompletableFuture runAsync(Runnable runnable, Executor executor)

示例1:

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程-------------");
        CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
        });
        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

【执行结果】:

主线程-------------
主线程执行完毕,当前线程名称:main
异步执行,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9

示例2:

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程-------------");
        CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,使用自定义线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
        }, ThreadPoolFactory.getExecutor());
        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

【执行结果】:

主线程-------------
主线程执行完毕,当前线程名称:main
异步执行,使用自定义线程池,当前线程名称:自定义ThreadPool_-1-thread-1

2.1.2 supplyAsync:创建有返回值的异步任务

// 带返回值异步请求,默认线程池:ForkJoinPool
public static  CompletableFuture supplyAsync(Supplier supplier)
 
// 带返回值的异步请求,可以自定义线程池
public static  CompletableFuture supplyAsync(Supplier supplier, Executor executor)

示例1:

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程-------------");

        CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,有返回值,使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return "OK";
        });
        try {
            System.out.println(future.get());
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());

【返回结果】:
主线程-------------
异步执行,有返回值,使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9
OK
主线程执行完毕,当前线程名称:main

示例2:

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程-------------");

        CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,有返回值,使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return "OK";
        }, ThreadPoolFactory.getExecutor());
        try {
            System.out.println(future.get());
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }

        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());

【执行结果】:
主线程-------------
异步执行,有返回值,使用线程池,当前线程名称:自定义ThreadPool_-1-thread-1
OK
主线程执行完毕,当前线程名称:main

【注】:在获取返回结果时,可以使用 get() 或者 fork()。区别在于:get() 方法抛出的是经过检查的异常,ExecutionException, InterruptedException, 需要用户手动处理;join() 方法抛出的是uncheck异常(即未经检查的异常),不会强制开发者抛出。

2.2任务异步回调

2.2.1 thenRun / thenRunAsync

第一个任务执行完,执行回调,做第二个任务,不关心第一个任务的返回值,无入参,无返回值

public CompletableFuture thenRun(Runnable action);
public CompletableFuture thenRunAsync(Runnable action);
public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程-------------");

        CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return 1;
        });

        CompletableFuture future2 = future.thenRun(() -> {
            System.out.println("future2 thenRun ……,当前线程名称:"+ Thread.currentThread().getName());
        });

        CompletableFuture future3 = future.thenRunAsync(()->{
            System.out.println("future3 thenRun ……,当前线程名称:"+ Thread.currentThread().getName());
        });

        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

【执行结果】:
主线程-------------
异步执行,有返回值,使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9
future2 thenRun ……,当前线程名称:main
主线程执行完毕,当前线程名称:main
future3 thenRun ……,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9

【注】调用thenRunAsync 方法执行任务时,子任务与父任务使用同一个线程,而thenRun不是。

2.2.2 thenAccept / thenAcceptAsync

第一个任务执行完成后,会将该任务的执行结果,作为入参,传递到回调方法中,但是回调方法是没有返回值的。

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("主线程-------------");

        CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return 1;
        });

        CompletableFuture future4 = future.thenAccept((result)->{
            result += 1;
            System.out.println("future4 result最终的值为:" + result + "当前线程名称:"+ Thread.currentThread().getName());
        });
        CompletableFuture future5 = future.thenAcceptAsync((result) -> {
            result += 2;
            System.out.println("future5 result最终的值为:" + result + "当前线程名称:"+ Thread.currentThread().getName());
        });
        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

【执行结果】:
主线程-------------
异步执行,有返回值,使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9
future4 result最终的值为:2当前线程名称:main
主线程执行完毕,当前线程名称:main
future5 result最终的值为:3当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9

2.2.3 thenApply / thenApplyAsync

第一个任务执行完成后,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。

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        System.out.println("主线程-------------");
        CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return 1;
        });

        CompletableFuture future6 = future.thenApply((result)->{
            result += 1;
            System.out.println("future4 result最终的值为:" + result + "当前线程名称:"+ Thread.currentThread().getName());
            return result;
        });
        CompletableFuture future7 = future.thenApplyAsync((result) -> {
            result += 2;
            System.out.println("future5 result最终的值为:" + result + "当前线程名称:"+ Thread.currentThread().getName());
            return result;
        });
        System.out.println("future6 返回结果:" + future6.get());
        System.out.println("future7 返回结果:" + future7.get());
        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

【执行结果】:
主线程-------------
异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9
future4 result最终的值为:2当前线程名称:main
future6 返回结果:2
future5 result最终的值为:3当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9
future7 返回结果:3
主线程执行完毕,当前线程名称:main

2.2.4 exceptionally

第一个任务执行异常时,执行回调方法;将抛出异常作为参数,传递到回调方法。

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        System.out.println("主线程-------------");

        CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
           // return 1;
           throw new RuntimeException();
        });
        CompletableFuture future8 = future.exceptionally((e)->{
           e.printStackTrace();
           return "程序异常";
        });
         System.out.println("future8 返回结果:" + future8.get());

        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}   

【执行结果】:
主线程-------------
异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9
future8 返回结果:程序异常
主线程执行完毕,当前线程名称:main
java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.RuntimeException
    at java.util.concurrent.CompletableFuture.encodeThrowable(CompletableFuture.java:273)
    at java.util.concurrent.CompletableFuture.completeThrowable(CompletableFuture.java:280)
    at java.util.concurrent.CompletableFuture$AsyncSupply.exec(CompletableFuture.java:1582)
    at java.util.concurrent.ForkJoinTask.doExec(ForkJoinTask.java:289)
    at java.util.concurrent.ForkJoinPool$WorkQueue.runTask(ForkJoinPool.java:1056)
    at java.util.concurrent.ForkJoinPool.runWorker(ForkJoinPool.java:1692)
    at java.util.concurrent.ForkJoinWorkerThread.run(ForkJoinWorkerThread.java:157)
Caused by: java.lang.RuntimeException
    at com.zy.service.completable.CompletableFutureTest.lambda$main$0(CompletableFutureTest.java:16)
    at java.util.concurrent.CompletableFuture$AsyncSupply.run(CompletableFuture.java:1590)
    ... 5 more

2.2.5 whenComplete

第一个任务执行完,执行的回调方法,whenComplete方法返回的CompletableFuture的result是上个任务的结果

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        System.out.println("主线程-------------");

        CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return 1;
        });
        CompletableFuture future9 = future.whenComplete((result, e) -> {
            result += 100;
            System.out.println(result);
        });
        System.out.println("future9 结果:" + future9.get());
        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

【执行结果】:
主线程-------------
异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9
101
future9 结果:1
主线程执行完毕,当前线程名称:main

2.2.6 handle

第一个任务执行完,执行的回调方法,有返回值,handle方法返回的CompletableFuture 的 result是回调方法执行的结果。

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        System.out.println("主线程-------------");

        CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return 1;
        });
        CompletableFuture future10 = future.handle((result, e) -> {
            result += 100;
            System.out.println(result);
            return result;
        });
        System.out.println("future10 结果:" + future10.get());
        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

【执行结果】:
主线程-------------
异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9
101
future10 结果:101
主线程执行完毕,当前线程名称:main

2.3 多个任务组合处理

2.3.1 thenCombine / runAfterBoth / thenAcceptBoth

都表示两个 CompletableFuture 执行完,才执行的方法,区别在于:

  • thenCombine:会将两个 CompletableFuture 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

  • thenAcceptBoth: 会将两个 CompletableFuture 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

  • runAfterBoth 不会把执行结果当做方法入参,且没有返回值

另外:thenCombineAsync / runAfterBothAsync / thenAcceptBothAsync 相较于 thenCombine / runAfterBoth / thenAcceptBoth 的区别就是异步执行第三个 CompletableFuture。

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return 1;
        });

        CompletableFuture future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return 2;
        });

        //有入参,有返回值
        CompletableFuture future3 = future1.thenCombine(future2, (s1, s2) -> {
            System.out.println("thenCombine,s1=" + s1 + ",s2=" + s2 + ",当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return "thenCombine";
        });

        //无入参,无返回值
        CompletableFuture future4 = future1.runAfterBoth(future2, () -> {
            System.out.println("runAfterBoth,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
        });

        //有入参,无返回值
        CompletableFuture future5 = future1.thenAcceptBoth(future2, (s1, s2) -> {
            System.out.println("thenAcceptBoth,s1=" + s1 + ",s2=" + s2 + ",当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
        });
        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

【执行结果】:
异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9
异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-2
thenCombine,s1=1,s2=2,当前线程名称:main
runAfterBoth,当前线程名称:main
thenAcceptBoth,s1=1,s2=2,当前线程名称:main
主线程执行完毕,当前线程名称:main

2.3.2 applyToEither / acceptEither / runAfterEither

都表示:将两个 CompletableFuture 组合起来,只要其中一个执行完了,就执行第三个CompletableFuture。

区别在于:

  • 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

  • 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

  • runAfterEither:不会把执行结果当做方法入参,且没有返回值

另外:applyToEitherAsync / acceptEitherAsync / runAfterEitherAsync 相较于 applyToEither / acceptEither / runAfterEither 的区别就是异步执行第三个 CompletableFuture。

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args)  {
        CompletableFuture future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            return 1;
        });
        CompletableFuture future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return 2;
        });
        //有入参,有返回值
        CompletableFuture future3 = future1.applyToEither(future2, (s1) -> {
            System.out.println("applyToEither,s1=" + s1 + ",当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return "thenCombine";
        });

        //无入参,无返回值
        CompletableFuture future4 = future1.runAfterEither(future2, () -> {
            System.out.println("runAfterEither,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
        });

        //有入参,无返回值
        CompletableFuture future5 = future1.acceptEither(future2, (s1) -> {
            System.out.println("acceptEither,s1=" + s1 + ",当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
        });
        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

2.3.3 allOf

所有任务都执行完成后,才执行 allOf 返回的 CompletableFuture。如果任意一个任务异常,allOf 的CompletableFuture,执行get方法,会抛出异常。

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args)  {

        CompletableFuture future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("future1 -- 异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return 1;
        });
        CompletableFuture future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("future2 -- 异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return 2;
        });
        CompletableFuture voidCompletableFuture = CompletableFuture.allOf(future1, future2).whenComplete((s1, s2) -> {
            System.out.println("future1, future2 执行完,才执行该处。");
        });
        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

【执行结果】:
future1 -- 异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9
future2 -- 异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-2
future1, future2 执行完,才执行该处。
主线程执行完毕,当前线程名称:main

2.3.4 anyOf

任意一个任务执行完,就执行 anyOf 返回的 CompletableFuture。如果最快完成的任务出现了异常,也会先返回异常,如果害怕出错可以加个 exceptionally() 去处理一下可能发生的异常并设定默认返回值。

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) {

        CompletableFuture future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
             System.out.println("future1 -- 异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            // return 1;

            try {
                throw new Exception();
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });

        CompletableFuture future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("future2 -- 异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
            return 2;
        });

        CompletableFuture voidCompletableFuture = CompletableFuture.anyOf(future1, future2).whenComplete((s1, s2) -> {
            System.out.println("future1, future2 执行完,才执行该处。");
        }).exceptionally(e -> {
            System.out.println("异常:" + e);
            return -1;
        });
        System.out.println("主线程执行完毕,当前线程名称:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

【执行结果】:
future1 -- 异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-9
future2 -- 异步执行,有返回值,未使用线程池,当前线程名称:ForkJoinPool.commonPool-worker-2
future1, future2 执行完,才执行该处
异常:java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.RuntimeException: java.lang.Exception
主线程执行完毕,当前线程名称:main 
   
CompletableFuture 线程编排_第1张图片

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