1 Future介紹

1.1 Future的主要功能

JDK5新增了Future接口，用于描述一個(gè)異步計(jì)算的結(jié)果。

Future就是對(duì)于具體的Runnable或者Callable任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行取消、查詢是否完成、獲取結(jié)果等操作。必要時(shí)可以通過(guò)get方法獲取執(zhí)行結(jié)果，該方法會(huì)阻塞直到任務(wù)返回結(jié)果。

Future類位于java.util.concurrent包下，它是一個(gè)接口：

public interface Future<V> { 
 /** 
  * 方法用來(lái)取消任務(wù)，如果取消任務(wù)成功則返回true，如果取消任務(wù)失敗則返回false。 * 
  * @param mayInterruptIfRunning 表示是否允許取消正在執(zhí)行卻沒有執(zhí)行完畢的任務(wù)，如果設(shè)置true，則表示可以取消正在執(zhí)行過(guò)程中的任務(wù)。 
  * @return 如果任務(wù)已經(jīng)完成，則無(wú)論mayInterruptIfRunning為true還是false，此方法肯定返回false，即如果取消已經(jīng)完成的任務(wù)會(huì)返回false； 
  * 如果任務(wù)正在執(zhí)行，若mayInterruptIfRunning設(shè)置為true，則返回true，若mayInterruptIfRunning設(shè)置為false，則返回false； 
  * 如果任務(wù)還沒有執(zhí)行，則無(wú)論mayInterruptIfRunning為true還是false，肯定返回true。 
  */ 
  boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning); 

   /** 
    * 方法表示任務(wù)是否被取消成功 
    * @return 如果在任務(wù)正常完成前被取消成功，則返回 true 
    */ 
   boolean isCancelled(); 

   /** 
    * 方法表示任務(wù)是否已經(jīng)完成 
    * @return 若任務(wù)完成，則返回true 
    */ 
   boolean isDone(); 

   /** 
    * 方法用來(lái)獲取執(zhí)行結(jié)果，這個(gè)方法會(huì)產(chǎn)生阻塞，會(huì)一直等到任務(wù)執(zhí)行完畢才返回 
    * @return 任務(wù)執(zhí)行的結(jié)果值 
    * @throws InterruptedException 線程被中斷異常
    * @throws ExecutionException 任務(wù)執(zhí)行異常，如果任務(wù)被取消，還會(huì)拋出CancellationException
    */ 
   V get() throws InterruptedException, ExecutionException; 

   /** 
    * 用來(lái)獲取執(zhí)行結(jié)果，如果在指定時(shí)間內(nèi)，還沒獲取到結(jié)果，就直接返回null（并不是拋出異常，需要注意）。 
    * @param timeout 超時(shí)時(shí)間 
    * @param unit 超時(shí)單位 
    * @return 
    * @throws InterruptedException 
    * @throws ExecutionException 
    * @throws TimeoutException 如果計(jì)算超時(shí)，將拋出TimeoutException（待確認(rèn)）
    */ 
   V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; 
}

從上面方法的注釋可以看出，F(xiàn)utrue提供了三種功能：

1）判斷任務(wù)是否完成；

2）能夠中斷任務(wù)；

3）能夠獲取任務(wù)執(zhí)行結(jié)果。（最為常用的）

1.2 Future的局限性

從本質(zhì)上說(shuō)，F(xiàn)uture表示一個(gè)異步計(jì)算的結(jié)果。它提供了isDone()來(lái)檢測(cè)計(jì)算是否已經(jīng)完成，并且在計(jì)算結(jié)束后，可以通過(guò)get()方法來(lái)獲取計(jì)算結(jié)果。在異步計(jì)算中，F(xiàn)uture確實(shí)是個(gè)非常優(yōu)秀的接口。但是，它的本身也確實(shí)存在著許多限制：

并發(fā)執(zhí)行多任務(wù)：Future只提供了get()方法來(lái)獲取結(jié)果，并且是阻塞的。所以，除了等待你別無(wú)他法；當(dāng) for 循環(huán)批量獲取 Future 的結(jié)果時(shí)容易 block，因此get 方法調(diào)用時(shí)應(yīng)使用 timeout 限制。
無(wú)法對(duì)多個(gè)任務(wù)進(jìn)行鏈?zhǔn)秸{(diào)用：如果你希望在計(jì)算任務(wù)完成后執(zhí)行特定動(dòng)作，比如發(fā)郵件，但Future卻沒有提供這樣的能力；
無(wú)法組合多個(gè)任務(wù)：如果你運(yùn)行了10個(gè)任務(wù)，并期望在它們?nèi)繄?zhí)行結(jié)束后執(zhí)行特定動(dòng)作，那么在Future中這是無(wú)能為力的；
沒有異常處理：Future接口中沒有關(guān)于異常處理的方法；

2 CompletableFuture介紹

雖然 Future 以及相關(guān)使用方法提供了異步執(zhí)行任務(wù)的能力，但是對(duì)于結(jié)果的獲取卻是很不方便，只能通過(guò)阻塞或者輪詢的方式得到任務(wù)的結(jié)果。如果遇到前面的task執(zhí)行較慢時(shí)需要阻塞等待前面的task執(zhí)行完后面task才能取得結(jié)果。

阻塞的方式顯然和我們的異步編程的初衷相違背，輪詢的方式又會(huì)耗費(fèi)無(wú)謂的 CPU 資源，而且也不能及時(shí)地得到計(jì)算結(jié)果。而CompletableFuture的主要功能就是一邊生成任務(wù),一邊獲取任務(wù)的返回值。讓兩件事分開執(zhí)行,任務(wù)之間不會(huì)互相阻塞，可以實(shí)現(xiàn)先執(zhí)行完的先取結(jié)果，不再依賴任務(wù)順序了。

2.1 CompletableFuture原理

內(nèi)部通過(guò)阻塞隊(duì)列+FutureTask，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)先完成可優(yōu)先獲取到，即結(jié)果按照完成先后順序排序，內(nèi)部有一個(gè)先進(jìn)先出的阻塞隊(duì)列，用于保存已經(jīng)執(zhí)行完成的Future，通過(guò)調(diào)用它的take方法或poll方法可以獲取到一個(gè)已經(jīng)執(zhí)行完成的Future，進(jìn)而通過(guò)調(diào)用Future接口實(shí)現(xiàn)類的get方法獲取最終的結(jié)果。

2.2 應(yīng)用場(chǎng)景

當(dāng)需要批量提交異步任務(wù)的時(shí)候建議使用CompletableFuture。CompletableFuture將線程池Executor和阻塞隊(duì)列BlockingQueue的功能融合在了一起，能夠讓批量異步任務(wù)的管理更簡(jiǎn)單。

CompletableFuture能夠讓異步任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果有序化。先執(zhí)行完的先進(jìn)入阻塞隊(duì)列，利用這個(gè)特性，你可以輕松實(shí)現(xiàn)后續(xù)處理的有序性，避免無(wú)謂的等待。

線程池隔離。CompletionService支持自己創(chuàng)建線程池，這種隔離性能避免幾個(gè)特別耗時(shí)的任務(wù)拖垮整個(gè)應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 CompletableFuture使用詳解

簡(jiǎn)單的任務(wù)，用Future獲取結(jié)果還好，但我們并行提交的多個(gè)異步任務(wù)，往往并不是獨(dú)立的，很多時(shí)候業(yè)務(wù)邏輯處理存在串行[依賴]、并行、聚合的關(guān)系。如果要我們手動(dòng)用 Fueture 實(shí)現(xiàn)，是非常麻煩的。

CompletableFuture是Future接口的擴(kuò)展和增強(qiáng)。CompletableFuture實(shí)現(xiàn)了Future接口，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了豐富地?cái)U(kuò)展，完美地彌補(bǔ)了Future上述的種種問(wèn)題。

更為重要的是，CompletableFuture實(shí)現(xiàn)了對(duì)任務(wù)的編排能力。借助這項(xiàng)能力，我們可以輕松地組織不同任務(wù)的運(yùn)行順序、規(guī)則以及方式。從某種程度上說(shuō)，這項(xiàng)能力是它的核心能力。而在以往，雖然通過(guò)CountDownLatch等工具類也可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)的編排，但需要復(fù)雜的邏輯處理，不僅耗費(fèi)精力且難以維護(hù)。

3 CompletableFuture應(yīng)用梳理

按照使用功能分類

按應(yīng)用場(chǎng)景分類

很多方法上，可以指定線程池，而沒有指定Executor的方法會(huì)使用ForkJoinPool.commonPool() 作為它的線程池執(zhí)行異步代碼。如果指定線程池，則使用指定的線程池運(yùn)行。
默認(rèn)情況下 CompletableFuture 會(huì)使用公共的 ForkJoinPool 線程池，這個(gè)線程池默認(rèn)創(chuàng)建的線程數(shù)是 CPU 的核數(shù)（也可以通過(guò) JVM option:-Djava.util.concurrent.ForkJoinPool.common.parallelism 來(lái)設(shè)置 ForkJoinPool 線程池的線程數(shù)）。
如果所有 CompletableFuture 共享一個(gè)線程池，那么一旦有任務(wù)執(zhí)行一些很慢的 I/O 操作，就會(huì)導(dǎo)致線程池中所有線程都阻塞在 I/O 操作上，從而造成線程饑餓，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。所以，強(qiáng)烈建議要根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型創(chuàng)建不同的線程池，以避免互相干擾。
等我們使用的時(shí)候，會(huì)注意到CompletableFuture的方法命名規(guī)則：
- xxx()：表示該方法將繼續(xù)在已有的線程中執(zhí)行；
xxxAsync()：表示可能會(huì)使用其它的線程去執(zhí)行(如果使用相同的線程池，也可能會(huì)被同一個(gè)線程選中執(zhí)行)。

4 使用案例

4.1 基礎(chǔ)使用案例

串行執(zhí)行：

定義兩個(gè)CompletableFuture，第一個(gè)CompletableFuture根據(jù)證券名稱查詢證券代碼，第二個(gè)CompletableFuture根據(jù)證券代碼查詢證券價(jià)格，這兩個(gè)CompletableFuture實(shí)現(xiàn)串行操作如下：

CompletableFuture.supplyAsync():創(chuàng)建一個(gè)包含返回值的異步任務(wù)；
thenApplyAsync():獲取前一個(gè)線程的結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換，有返回值；
thenAccept():獲取前一個(gè)線程的結(jié)果進(jìn)行消費(fèi)，無(wú)返回值。


public class Demo {
    private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 第一個(gè)任務(wù):創(chuàng)建一個(gè)包含返回值的CompletableFuture
        CompletableFuture<String> cfQuery = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return queryCode("中國(guó)石油");
        });
        // cfQuery成功后繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)任務(wù):
        CompletableFuture<Double> cfFetch = cfQuery.thenApplyAsync((code) -> {
            return fetchPrice(code);
        });
        // cfFetch成功后打印結(jié)果:
        cfFetch.thenAccept((result) -> {
            System.out.println("price: " + result);
        });
        // 主線程不要結(jié)束，否則CompletableFuture默認(rèn)使用的線程池會(huì)立刻關(guān)閉:
        countDownLatch.await();
    }

    public static void main2(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> queryCode("中國(guó)石油"))
                .thenApplyAsync((code) -> fetchPrice(code))
                .thenAccept((result) -> System.out.println("price: " + result));
        countDownLatch.await();
    }

    static String queryCode(String name) {
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        String code = "601857";
        System.out.println("查詢證券編碼,name:" + name + ",code:" + code);
        return code;
    }

    static Double fetchPrice(String code) {
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        Double price = 5 + Math.random() * 20;
        System.out.println("根據(jù)證券編碼查詢價(jià)格,code:" + code + ";price:" + price);
        return price;
    }
}

并行執(zhí)行：

除了串行執(zhí)行外，多個(gè)CompletableFuture還可以并行執(zhí)行。例如，我們考慮這樣的場(chǎng)景：

同時(shí)從新浪和網(wǎng)易查詢證券代碼，只要任意一個(gè)返回結(jié)果，就進(jìn)行下一步查詢價(jià)格，查詢價(jià)格也同時(shí)從新浪和網(wǎng)易查詢，只要任意一個(gè)返回結(jié)果，就完成操作：

CompletableFuture.supplyAsync():創(chuàng)建一個(gè)包含返回值的異步任務(wù)；
CompletableFuture.anyOf(cf1,cf2,cf3).join():多個(gè)異步線程任一執(zhí)行完即返回，有返回值Object；
thenAccept():獲取前一個(gè)線程的結(jié)果進(jìn)行消費(fèi)，無(wú)返回值。

public class Demo2 {
    private static CountDownLatch COUNT_DOWN_LATCH = new CountDownLatch(1);

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 兩個(gè)CompletableFuture執(zhí)行異步查詢:
        CompletableFuture<String> cfQueryFromSina = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return queryCode("中國(guó)石油", "https://finance.sina.com.cn/code/");
        });
        CompletableFuture<String> cfQueryFrom163 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return queryCode("中國(guó)石油", "https://money.163.com/code/");
        });

        // 用anyOf合并為一個(gè)新的CompletableFuture:
        CompletableFuture<Object> cfQuery = CompletableFuture.anyOf(cfQueryFromSina, cfQueryFrom163);

        // 兩個(gè)CompletableFuture執(zhí)行異步查詢:
        CompletableFuture<Double> cfFetchFromSina = cfQuery.thenApplyAsync((code) -> {
            return fetchPrice((String) code, "https://finance.sina.com.cn/price/");
        });
        CompletableFuture<Double> cfFetchFrom163 = cfQuery.thenApplyAsync((code) -> {
            return fetchPrice((String) code, "https://money.163.com/price/");
        });

        // 用anyOf合并為一個(gè)新的CompletableFuture:
        CompletableFuture<Object> cfFetch = CompletableFuture.anyOf(cfFetchFromSina, cfFetchFrom163);

        // 最終結(jié)果:
        cfFetch.thenAccept((result) -> {
            System.out.println("price: " + result);
        });
        // 主線程不要立刻結(jié)束，否則CompletableFuture默認(rèn)使用的線程池會(huì)立刻關(guān)閉:
        COUNT_DOWN_LATCH.await();
    }

    public static void main2(String[] args) throws Exception {
        // 兩個(gè)CompletableFuture執(zhí)行異步查詢:
        CompletableFuture<String> cfQueryFromSina = CompletableFuture.supplyAsync(() -> queryCode("中國(guó)石油", "https://finance.sina.com.cn/code/"));
        CompletableFuture<String> cfQueryFrom163 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> queryCode("中國(guó)石油", "https://money.163.com/code/"));

        // 用anyOf合并為一個(gè)新的CompletableFuture:
        CompletableFuture<Object> cfQuery = CompletableFuture.anyOf(cfQueryFromSina, cfQueryFrom163);

        // 兩個(gè)CompletableFuture執(zhí)行異步查詢:
        CompletableFuture<Double> cfFetchFromSina = cfQuery.thenApplyAsync((code) -> fetchPrice((String) code, "https://finance.sina.com.cn/price/"));
        CompletableFuture<Double> cfFetchFrom163 = cfQuery.thenApplyAsync((code) -> fetchPrice((String) code, "https://money.163.com/price/"));

        // 用anyOf合并為一個(gè)新的CompletableFuture:
        CompletableFuture<Object> cfFetch = CompletableFuture.anyOf(cfFetchFromSina, cfFetchFrom163);

        // 最終結(jié)果:
        cfFetch.thenAccept((result) -> System.out.println("price: " + result));
        // 主線程不要立刻結(jié)束，否則CompletableFuture默認(rèn)使用的線程池會(huì)立刻關(guān)閉:
        COUNT_DOWN_LATCH.await();
    }

    static String queryCode(String name, String url) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " query code from " + url + "...");
        try {
            Thread.sleep((long) (Math.random() * 100));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        String code = "601857";
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 查詢證券編碼,name:" + name + ",code:" + code);
        return code;
    }

    static Double fetchPrice(String code, String url) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " query price from " + url + "...");
        try {
            Thread.sleep((long) (Math.random() * 100));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        Double price = 5 + Math.random() * 20;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 根據(jù)證券編碼查詢價(jià)格,code:" + code + ";price:" + price);
        return price;
    }
}

上述邏輯實(shí)現(xiàn)的異步查詢規(guī)則實(shí)際上是：

image

4.2 實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的“燒水泡茶”程序


public class Demo3 {

    public static void main(String[] args) {

        //任務(wù)1：洗水壺 -> 燒開水
        CompletableFuture<String> f11 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("T1:洗水壺...開始");
            sleep(1000);
            return "T1:洗水壺...完成";
        });
        CompletableFuture<String> f12 = f11.thenApply((f11Result) -> {
            System.out.println(f11Result);
            System.out.println("T1:燒開水...開始");
            sleep(3000);
            return "T1:燒開水...完成";
        });

        //任務(wù)2：洗茶壺->洗茶杯->拿茶葉
        CompletableFuture<Void> f21 = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("==============T2:洗茶壺...開始");
            sleep(1000);
            System.out.println("==============T2:洗茶壺...完成");
        });
        CompletableFuture<Void> f22 = f21.thenRun(() -> {
            System.out.println("==============T2:洗茶杯...開始");
            sleep(2000);
            System.out.println("==============T2:洗茶杯...完成");
        });
        CompletableFuture<String> f23 = f22.thenApply(result -> {
            System.out.println("==============T2:拿茶葉...開始");
            sleep(1000);
            System.out.println("==============T2:拿茶葉...完成");
            return "龍井";
        });
        //任務(wù)3：任務(wù)1和任務(wù)2完成后執(zhí)行：泡茶
        CompletableFuture<String> f3 = f12.thenCombine(f23, (f1Result, f2Result) -> {
            System.out.println(f1Result);
            System.out.println("************T2:拿到茶葉:result" + f2Result);
            System.out.println("************T3:泡茶...,什么茶:" + f2Result);
            return "上茶:" + f2Result;
        });
        //等待任務(wù)3執(zhí)行結(jié)果
        System.out.println(f3.join());
    }

    static void sleep(int t) {
        try {
            Thread.sleep(t);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

參考文檔：

CompletableFuture (Java Platform SE 8 )

Future & CompleteFuture 剖析實(shí)戰(zhàn)

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Future & CompleteFuture 實(shí)踐總結(jié)

Future & CompleteFuture 實(shí)踐總結(jié)

1 Future介紹

1.1 Future的主要功能

1.2 Future的局限性

2 CompletableFuture介紹

2.1 CompletableFuture原理

2.2 應(yīng)用場(chǎng)景

2.3 CompletableFuture使用詳解

3 CompletableFuture應(yīng)用梳理

4 使用案例

4.1 基礎(chǔ)使用案例

串行執(zhí)行：

并行執(zhí)行：

4.2 實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的“燒水泡茶”程序

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1.2 Future的局限性

2 CompletableFuture介紹

2.1 CompletableFuture原理

2.2 應(yīng)用場(chǎng)景

2.3 CompletableFuture使用詳解

3 CompletableFuture應(yīng)用梳理

4 使用案例

4.1 基礎(chǔ)使用案例

串行執(zhí)行：

并行執(zhí)行：

4.2 實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的“燒水泡茶”程序

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