Java多线程工具CompletableFuture介绍_completablefuture 工具类

1. 简介

CompletableFuture是java.util.concurrent库在java 8中新增的主要工具，同传统的Future相比，其支持流式计算、函数式编程、完成通知、自定义异常处理等很多新的特性。

CompletableFuture实现了CompletionStage接口和Future接口，前者是对后者的一个扩展，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。

CompletableFuture 和 FutureTask 同属于 Future 接口的实现类，都可以获取线程的执行结果。

2. 如何创建CompletableFuture

2.1 构造函数创建

最简单的方式就是通过构造函数创建一个CompletableFuture实例。如下代码所示。由于新创建的CompletableFuture还没有任何计算结果，这时调用join，当前线程会一直阻塞在这里。

CompletableFuture<String> future = new CompletableFuture();
String result = future.join();
System.out.println(result);

此时，如果在另外一个线程中，主动设置该CompletableFuture的值，则上面线程中的结果就能返回。

future.complete("test");

2.2 supplyAsync创建 (有返回值)

CompletableFuture.supplyAsync()也可以用来创建CompletableFuture实例。通过该函数创建的CompletableFuture实例会异步执行当前传入的计算任务。在调用端，则可以通过get或join获取最终计算结果。

supplyAsync有两种签名：

public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier) 
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)

第一种只需传入一个Supplier实例（一般使用lamda表达式），此时框架会默认使用ForkJoin线程池来执行被提交的任务。
第二种可以指定自定义的线程池，然后将任务提交给该线程池执行。

CompletableFuture 在创建时，如果传入线程池，那么会去指定的线程池工作。如果没传入，那么回去默认的 ForkJoinPool。
 

ForkJoinPool的优势在于，可以充分利用多cpu，多核cpu的优势，把一个任务拆分成多个小任务，把多个小任务放到多个处理器核心上并行执行；当多个小任务执行完成之后，再将这些执行结果合并起来即可。

ForkJoinPool是ExecutorService的实现类，因此是一种特殊的线程池。
使用方法：创建了ForkJoinPool实例之后，就可以调用ForkJoinPool的submit(ForkJoinTask<T> task) 或invoke(ForkJoinTask<T> task)方法来执行指定任务了。
其中ForkJoinTask代表一个可以并行、合并的任务。ForkJoinTask是一个抽象类，它还有两个抽象子类：RecusiveAction和RecusiveTask。其中RecusiveTask代表有返回值的任务，而RecusiveAction代表没有返回值的任务

下面为使用supplyAsync创建CompletableFuture的示例：

CompletableFuture<String> future 
	= CompletableFuture.supplyAsync(()->{
      System.out.println("compute test");
      return "test";
});
 
String result = future.join();
System.out.println("get result: " + result);
 
// 最终的打印信息为get result: test

2.3 runAsync创建 (无返回值)

CompletableFuture.runAsync()也可以用来创建CompletableFuture实例。与supplyAsync()不同的是，runAsync()传入的任务要求是Runnable类型的，所以没有返回值。因此，runAsync适合创建不需要返回值的计算任务。同supplyAsync()类似，runAsync()也有两种签名：

public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable)
 
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable, Executor executor)

下面为使用runAsync()的例子：

CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(()->{
            System.out.println("compute test");
        });
 
System.out.println("get result: " + future.join());
 
// 由于任务没有返回值， 所以最后的打印结果是"get result: null"。

3. 异步回调方法

同Future相比，CompletableFuture最大的不同是支持流式（Stream）的计算处理，多个任务之间，可以前后相连，从而形成一个计算流。比如：任务1产生的结果，可以直接作为任务2的入参，参与任务2的计算，以此类推。

CompletableFuture中常用的流式连接函数包括：

• thenApply——有入参有返回
  thenApplyAsync
• thenAccept——有入参无返回
  thenAcceptAsync
• thenRun——无入参无返回
  thenRunAsync
• thenCombine——组合两个CompletableFuture，有入参有返回
  thenCombineAsync
• thenCompose——与thenApply类型，展开嵌套
  thenComposeAsync
• whenComplete——任务完成时的回调通知，无返回值
  whenCompleteAsync
• handle——与whenComplete的作用有些类似，有返回值
  handleAsync

其中，带Async后缀的函数表示需要连接的后置任务会被单独提交到线程池中，从而相对前置任务来说是异步运行的。除此之外，两者没有其他区别。因此，为了快速理解，在接下来的介绍中，我们主要介绍不带Async的版本。

3.1 thenApply / thenAccept / thenRun互相依赖

这里将thenApply / thenAccept / thenRun放在一起讲，因为这几个连接函数之间的唯一区别是提交的任务类型不一样 :

• thenApply提交的任务类型需遵从Function签名，也就是有入参和返回值，其中入参为前置任务的结果
• thenAccept提交的任务类型需遵从Consumer签名，也就是有入参但是没有返回值，其中入参为前置任务的结果
• thenRun提交的任务类型需遵从Runnable签名，即没有入参也没有返回值

通过thenApply / thenAccept / thenRun连接的任务，当且仅当前置任务计算完成时，才会开始后置任务的计算。因此，这组函数主要用于连接前后有依赖的任务链。

CompletableFuture<Integer> future1 
	= CompletableFuture.supplyAsync(()->{
     	System.out.println("compute 1");
     	return 1;
 });
 CompletableFuture<Integer> future2 
 	= future1.thenApply((p)->{
	     System.out.println("compute 2");
	     return p+10;
 });
 System.out.println("result: " + future2.join());
 
// 该示例的最终打印结果为11

3.1.1 thenApply

@Test
public void test5() throws Exception {
        ForkJoinPool pool=new ForkJoinPool();
        // 创建异步执行任务:
        CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread()+" start job1,time->"+System.currentTimeMillis());
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job1,time->"+System.currentTimeMillis());
            return 1.2;
        },pool);
 
        // cf关联的异步任务的返回值作为方法入参，传入到thenApply的方法中
        // thenApply这里实际创建了一个新的CompletableFuture实例
        CompletableFuture<String> cf2=cf.thenApply((result)->{
            System.out.println(Thread.currentThread()+" start job2,time->"+System.currentTimeMillis());
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e