寫在前面
通過閱讀本篇文章你將了解到：
CompletableFuture的使用
CompletableFure異步和同步的性能測試
已經(jīng)有了Future為什么仍需要在JDK1.8中引入CompletableFuture
CompletableFuture的應用場景
對CompletableFuture的使用優(yōu)化
場景說明
查詢所有商店某個商品的價格并返回，并且查詢商店某個商品的價格的API為同步 一個Shop類，提供一個名為getPrice的同步方法
店鋪類：Shop.java
public class Shop {
? ? private Random random = new Random();
? ? /**
? ? * 根據(jù)產(chǎn)品名查找價格
? ? * */
? ? public double getPrice(String product) {
? ? ? ? return calculatePrice(product);
? ? }
? ? /**
? ? * 計算價格
? ? *
? ? * @param product
? ? * @return
? ? * */
? ? private double calculatePrice(String product) {
? ? ? ? delay();
? ? ? ? //random.nextDouble()隨機返回折扣
? ? ? ? return random.nextDouble() * product.charAt(0) + product.charAt(1);
? ? }
? ? /**
? ? * 通過睡眠模擬其他耗時操作
? ? * */
? ? private void delay() {
? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? Thread.sleep(1000);
? ? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? }
? ? }
}
查詢商品的價格為同步方法，并通過sleep方法模擬其他操作。這個場景模擬了當需要調(diào)用第三方API，但第三方提供的是同步API，在無法修改第三方API時如何設計代碼調(diào)用提高應用的性能和吞吐量，這時候可以使用CompletableFuture類
CompletableFuture使用
Completable是Future接口的實現(xiàn)類，在JDK1.8中引入
CompletableFuture的創(chuàng)建：說明：
兩個重載方法之間的區(qū)別 => 后者可以傳入自定義Executor，前者是默認的，使用的ForkJoinPool
supplyAsync和runAsync方法之間的區(qū)別 => 前者有返回值，后者無返回值
Supplier是函數(shù)式接口，因此該方法需要傳入該接口的實現(xiàn)類，追蹤源碼會發(fā)現(xiàn)在run方法中會調(diào)用該接口的方法。因此使用該方法創(chuàng)建CompletableFuture對象只需重寫Supplier中的get方法，在get方法中定義任務即可。又因為函數(shù)式接口可以使用Lambda表達式，和new創(chuàng)建CompletableFuture對象相比代碼會簡潔不少
使用new方法
CompletableFuture<Double> futurePrice = new CompletableFuture<>();
使用CompletableFuture#completedFuture靜態(tài)方法創(chuàng)建
public static <U> CompletableFuture<U> completedFuture(U value) {
return new CompletableFuture<U>((value == null) ? NIL : value);
}
參數(shù)的值為任務執(zhí)行完的結果，一般該方法在實際應用中較少應用
使用 CompletableFuture#supplyAsync靜態(tài)方法創(chuàng)建 supplyAsync有兩個重載方法：
//方法一
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier) {
return asyncSupplyStage(asyncPool, supplier);
}
//方法二
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier,
Executor executor) {
return asyncSupplyStage(screenExecutor(executor), supplier);
}
使用CompletableFuture#runAsync靜態(tài)方法創(chuàng)建 runAsync有兩個重載方法
//方法一
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable) {
return asyncRunStage(asyncPool, runnable);
}
//方法二
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable, Executor executor) {
return asyncRunStage(screenExecutor(executor), runnable);
}
結果的獲取： 對于結果的獲取CompltableFuture類提供了四種方式
//方式一
public T get()
//方式二
public T get(long timeout, TimeUnit unit)
//方式三
public T getNow(T valueIfAbsent)
//方式四
public T join()
說明：示例：
get()和get(long timeout, TimeUnit unit) => 在Future中就已經(jīng)提供了，后者提供超時處理，如果在指定時間內(nèi)未獲取結果將拋出超時異常
getNow => 立即獲取結果不阻塞，結果計算已完成將返回結果或計算過程中的異常，如果未計算完成將返回設定的valueIfAbsent值
join => 方法里不會拋出異常
public class AcquireResultTest {
? public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
? ? ? //getNow方法測試
? ? ? CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
? ? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? ? Thread.sleep(60 * 1000 * 60 );
? ? ? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? return "hello world";
? ? ? });
? ? ? System.out.println(cp1.getNow("hello h2t"));
? ? ? //join方法測試
? ? ? CompletableFuture<Integer> cp2 = CompletableFuture.supplyAsync((()-> 1 / 0));
? ? ? System.out.println(cp2.join());
? ? ? //get方法測試
? ? ? CompletableFuture<Integer> cp3 = CompletableFuture.supplyAsync((()-> 1 / 0));
? ? ? System.out.println(cp3.get());
? }
}
說明：
第一個執(zhí)行結果為hello h2t，因為要先睡上1分鐘結果不能立即獲取
join方法獲取結果方法里不會拋異常，但是執(zhí)行結果會拋異常，拋出的異常為CompletionException
get方法獲取結果方法里將拋出異常，執(zhí)行結果拋出的異常為ExecutionException
異常處理： 使用靜態(tài)方法創(chuàng)建的CompletableFuture對象無需顯示處理異常，使用new創(chuàng)建的對象需要調(diào)用completeExceptionally方法設置捕獲到的異常，舉例說明：
CompletableFuture completableFuture = new CompletableFuture();
new Thread(() -> {
? try {
? ? ? //doSomething，調(diào)用complete方法將其他方法的執(zhí)行結果記錄在completableFuture對象中
? ? ? completableFuture.complete(null);
? } catch (Exception e) {
? ? ? //異常處理
? ? ? completableFuture.completeExceptionally(e);
? ? }
}).start();
同步方法Pick異步方法查詢所有店鋪某個商品價格
店鋪為一個列表：
private static List<Shop> shopList = Arrays.asList(
? ? ? ? new Shop("BestPrice"),
? ? ? ? new Shop("LetsSaveBig"),
? ? ? ? new Shop("MyFavoriteShop"),
? ? ? ? new Shop("BuyItAll")
);
同步方法：
private static List<String> findPriceSync(String product) {
? ? return shopList.stream()
? ? ? ? ? ? .map(shop -> String.format("%s price is %.2f",
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? shop.getName(), shop.getPrice(product)))? //格式轉(zhuǎn)換
? ? ? ? ? ? .collect(Collectors.toList());
}
異步方法：
private static List<String> findPriceAsync(String product) {
? ? List<CompletableFuture<String>> completableFutureList = shopList.stream()
? ? ? ? ? ? //轉(zhuǎn)異步執(zhí)行
? ? ? ? ? ? .map(shop -> CompletableFuture.supplyAsync(
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? () -> String.format("%s price is %.2f",
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? shop.getName(), shop.getPrice(product))))? //格式轉(zhuǎn)換
? ? ? ? ? ? .collect(Collectors.toList());
? ? return completableFutureList.stream()
? ? ? ? ? ? .map(CompletableFuture::join)? //獲取結果不會拋出異常
? ? ? ? ? ? .collect(Collectors.toList());
}
性能測試結果：
Find Price Sync Done in 4141
Find Price Async Done in 1033
異步執(zhí)行效率提高四倍
為什么仍需要CompletableFuture
在JDK1.8以前，通過調(diào)用線程池的submit方法可以讓任務以異步的方式運行，該方法會返回一個Future對象，通過調(diào)用get方法獲取異步執(zhí)行的結果：
private static List<String> findPriceFutureAsync(String product) {
? ? ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
? ? List<Future<String>> futureList = shopList.stream().map(shop -> es.submit(() -> String.format("%s price is %.2f",
? ? ? ? ? ? shop.getName(), shop.getPrice(product)))).collect(Collectors.toList());
? ? return futureList.stream()
? ? ? ? ? ? .map(f -> {
? ? ? ? ? ? ? ? String result = null;
? ? ? ? ? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? result = f.get();
? ? ? ? ? ? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? ? ? ? ? } catch (ExecutionException e) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? return result;
? ? ? ? ? ? }).collect(Collectors.toList());
}
既生瑜何生亮，為什么仍需要引入CompletableFuture？對于簡單的業(yè)務場景使用Future完全沒有，但是想將多個異步任務的計算結果組合起來，后一個異步任務的計算結果需要前一個異步任務的值等等，使用Future提供的那點API就囊中羞澀，處理起來不夠優(yōu)雅，這時候還是讓CompletableFuture以聲明式的方式優(yōu)雅的處理這些需求。而且在Future編程中想要拿到Future的值然后拿這個值去做后續(xù)的計算任務，只能通過輪詢的方式去判斷任務是否完成這樣非常占CPU并且代碼也不優(yōu)雅，用偽代碼表示如下：
while(future.isDone()) {
? ? result = future.get();
? ? doSomrthingWithResult(result);
}
但CompletableFuture提供了API幫助我們實現(xiàn)這樣的需求
其他API介紹
whenComplete計算結果的處理：
對前面計算結果進行處理，無法返回新值 提供了三個方法：
//方法一
public CompletableFuture<T> whenComplete(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action)
//方法二
public CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action)
//方法三
public CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action, Executor executor)
說明：
BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn參數(shù) => 定義對結果的處理
Executor executor參數(shù) => 自定義線程池
以async結尾的方法將會在一個新的線程中執(zhí)行組合操作
示例：
public class WhenCompleteTest {
? ? public static void main(String[] args) {
? ? ? ? CompletableFuture<String> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello");
? ? ? ? CompletableFuture<String> cf2 = cf1.whenComplete((v, e) ->
? ? ? ? ? ? ? ? System.out.println(String.format("value:%s, exception:%s", v, e)));
? ? ? ? System.out.println(cf2.join());
? ? }
}
thenApply轉(zhuǎn)換：
將前面計算結果的的CompletableFuture傳遞給thenApply，返回thenApply處理后的結果。可以認為通過thenApply方法實現(xiàn)CompletableFuture<T>至CompletableFuture<U>的轉(zhuǎn)換。白話一點就是將CompletableFuture的計算結果作為thenApply方法的參數(shù)，返回thenApply方法處理后的結果 提供了三個方法：
//方法一
public <U> CompletableFuture<U> thenApply(
? ? Function<? super T,? extends U> fn) {
? ? return uniApplyStage(null, fn);
}
//方法二
public <U> CompletableFuture<U> thenApplyAsync(
? ? Function<? super T,? extends U> fn) {
? ? return uniApplyStage(asyncPool, fn);
}
//方法三
public <U> CompletableFuture<U> thenApplyAsync(
? ? Function<? super T,? extends U> fn, Executor executor) {
? ? return uniApplyStage(screenExecutor(executor), fn);
}
說明：
Function<? super T,? extends U> fn參數(shù) => 對前一個CompletableFuture 計算結果的轉(zhuǎn)化操作
Executor executor參數(shù) => 自定義線程池
以async結尾的方法將會在一個新的線程中執(zhí)行組合操作 示例：
public class ThenApplyTest {
? ? public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
? ? ? ? CompletableFuture<Integer> result = CompletableFuture.supplyAsync(ThenApplyTest::randomInteger).thenApply((i) -> i * 8);
? ? ? ? System.out.println(result.get());
? ? }
? ? public static Integer randomInteger() {
? ? ? ? return 10;
? ? }
}
這里將前一個CompletableFuture計算出來的結果擴大八倍
thenAccept結果處理：
thenApply也可以歸類為對結果的處理，thenAccept和thenApply的區(qū)別就是沒有返回值 提供了三個方法：
//方法一
public CompletableFuture<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action) {
? ? return uniAcceptStage(null, action);
}
//方法二
public CompletableFuture<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action) {
? ? return uniAcceptStage(asyncPool, action);
}
//方法三
public CompletableFuture<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action,
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Executor executor) {
? ? return uniAcceptStage(screenExecutor(executor), action);
}
說明：
Consumer<? super T> action參數(shù) => 對前一個CompletableFuture計算結果的操作
Executor executor參數(shù) => 自定義線程池
同理以async結尾的方法將會在一個新的線程中執(zhí)行組合操作 示例：
public class ThenAcceptTest {
? ? public static void main(String[] args) {
? ? ? ? CompletableFuture.supplyAsync(ThenAcceptTest::getList).thenAccept(strList -> strList.stream()
? ? ? ? ? ? ? ? .forEach(m -> System.out.println(m)));
? ? }
? ? public static List<String> getList() {
? ? ? ? return Arrays.asList("a", "b", "c");
? ? }
}
將前一個CompletableFuture計算出來的結果打印出來
thenCompose異步結果流水化：
thenCompose方法可以將兩個異步操作進行流水操作 提供了三個方法：
//方法一
public <U> CompletableFuture<U> thenCompose(
? ? Function<? super T, ? extends CompletionStage<U>> fn) {
? ? return uniComposeStage(null, fn);
}
//方法二
public <U> CompletableFuture<U> thenComposeAsync(
? ? Function<? super T, ? extends CompletionStage<U>> fn) {
? ? return uniComposeStage(asyncPool, fn);
}
//方法三
public <U> CompletableFuture<U> thenComposeAsync(
? ? Function<? super T, ? extends CompletionStage<U>> fn,
? ? Executor executor) {
? ? return uniComposeStage(screenExecutor(executor), fn);
}
說明：
Function<? super T, ? extends CompletionStage<U>> fn參數(shù) => 當前CompletableFuture計算結果的執(zhí)行
Executor executor參數(shù) => 自定義線程池
同理以async結尾的方法將會在一個新的線程中執(zhí)行組合操作 示例：
public class ThenComposeTest {
? ? public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
? ? ? ? CompletableFuture<Integer> result = CompletableFuture.supplyAsync(ThenComposeTest::getInteger)
? ? ? ? ? ? ? ? .thenCompose(i -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> i * 10));
? ? ? ? System.out.println(result.get());
? ? }
? ? private static int getInteger() {
? ? ? ? return 666;
? ? }
? ? private static int expandValue(int num) {
? ? ? ? return num * 10;
? ? }
}
執(zhí)行流程圖：
thenCombine組合結果：
thenCombine方法將兩個無關的CompletableFuture組合起來，第二個Completable并不依賴第一個Completable的結果 提供了三個方法：
//方法一
public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombine(
? ? CompletionStage<? extends U> other,
? ? BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn) {
? ? return biApplyStage(null, other, fn);
}
? //方法二
? public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombineAsync(
? ? ? CompletionStage<? extends U> other,
? ? ? BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn) {
? ? ? return biApplyStage(asyncPool, other, fn);
? }
? //方法三
? public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombineAsync(
? ? ? CompletionStage<? extends U> other,
? ? ? BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn, Executor executor) {
? ? ? return biApplyStage(screenExecutor(executor), other, fn);
? }
說明：
CompletionStage<? extends U> other參數(shù) => 新的CompletableFuture的計算結果
BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn參數(shù) => 定義了兩個CompletableFuture對象完成計算后如何合并結果，該參數(shù)是一個函數(shù)式接口，因此可以使用Lambda表達式
Executor executor參數(shù) => 自定義線程池
同理以async結尾的方法將會在一個新的線程中執(zhí)行組合操作
示例：
public class ThenCombineTest {
? ? private static Random random = new Random();
? ? public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
? ? ? ? CompletableFuture<Integer> result = CompletableFuture.supplyAsync(ThenCombineTest::randomInteger).thenCombine(
? ? ? ? ? ? ? ? CompletableFuture.supplyAsync(ThenCombineTest::randomInteger), (i, j) -> i * j
? ? ? ? );
? ? ? ? System.out.println(result.get());
? ? }
? ? public static Integer randomInteger() {
? ? ? ? return random.nextInt(100);
? ? }
}
將兩個線程計算出來的值做一個乘法在返回 執(zhí)行流程圖：
allOf&anyOf組合多個CompletableFuture：
方法介紹：
//allOf
public static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs) {
? ? return andTree(cfs, 0, cfs.length - 1);
}
//anyOf
public static CompletableFuture<Object> anyOf(CompletableFuture<?>... cfs) {
? ? return orTree(cfs, 0, cfs.length - 1);
}
說明：
allOf => 所有的CompletableFuture都執(zhí)行完后執(zhí)行計算。
anyOf => 任意一個CompletableFuture執(zhí)行完后就會執(zhí)行計算
示例：
allOf方法測試
public class AllOfTest {
? public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
? ? ? CompletableFuture<Void> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
? ? ? ? ? System.out.println("hello");
? ? ? ? ? return null;
? ? ? });
? ? ? CompletableFuture<Void> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
? ? ? ? ? System.out.println("world"); return null;
? ? ? });
? ? ? CompletableFuture<Void> result = CompletableFuture.allOf(future1, future2);
? ? ? System.out.println(result.get());
? }
}
allOf方法沒有返回值，適合沒有返回值并且需要前面所有任務執(zhí)行完畢才能執(zhí)行后續(xù)任務的應用場景
anyOf方法測試
public class AnyOfTest {
? private static Random random = new Random();
? public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
? ? ? CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
? ? ? ? ? randomSleep();
? ? ? ? ? System.out.println("hello");
? ? ? ? ? return "hello";});
? ? ? CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
? ? ? ? ? randomSleep();
? ? ? ? ? System.out.println("world");
? ? ? ? ? return "world";
? ? ? });
? ? ? CompletableFuture<Object> result = CompletableFuture.anyOf(future1, future2);
? ? ? System.out.println(result.get());
}
? private static void randomSleep() {
? ? ? try {
? ? ? ? ? Thread.sleep(random.nextInt(10));
? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? }
? }
}
兩個線程都會將結果打印出來，但是get方法只會返回最先完成任務的結果。該方法比較適合只要有一個返回值就可以繼續(xù)執(zhí)行其他任務的應用場景
注意點
很多方法都提供了異步實現(xiàn)【帶async后綴】，但是需小心謹慎使用這些異步方法，因為異步意味著存在上下文切換，可能性能不一定比同步好。如果需要使用異步的方法，先做測試，用測試數(shù)據(jù)說話！！！
CompletableFuture的應用場景
存在IO密集型的任務可以選擇CompletableFuture，IO部分交由另外一個線程去執(zhí)行。Logback、Log4j2異步日志記錄的實現(xiàn)原理就是新起了一個線程去執(zhí)行IO操作，這部分可以以CompletableFuture.runAsync(()->{ioOperation();})的方式去調(diào)用。如果是CPU密集型就不推薦使用了推薦使用并行流
優(yōu)化空間
supplyAsync執(zhí)行任務底層實現(xiàn)：
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier) {
? ? return asyncSupplyStage(asyncPool, supplier);
}
static <U> CompletableFuture<U> asyncSupplyStage(Executor e, Supplier<U> f) {
? ? if (f == null) throw new NullPointerException();
? ? CompletableFuture<U> d = new CompletableFuture<U>();
? ? e.execute(new AsyncSupply<U>(d, f));
? ? return d;
}
底層調(diào)用的是線程池去執(zhí)行任務，而CompletableFuture中默認線程池為ForkJoinPool
private static final Executor asyncPool = useCommonPool ?
? ? ? ? ForkJoinPool.commonPool() : new ThreadPerTaskExecutor();
ForkJoinPool線程池的大小取決于CPU的核數(shù)。CPU密集型任務線程池大小配置為CPU核心數(shù)就可以了，但是IO密集型，線程池的大小由**CPU數(shù)量 * CPU利用率 * (1 + 線程等待時間/線程CPU時間)**確定。而CompletableFuture的應用場景就是IO密集型任務，因此默認的ForkJoinPool一般無法達到最佳性能，我們需自己根據(jù)業(yè)務創(chuàng)建線程池。
希望能對你有所幫助！
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