Java8多线程CompletableFuture

xlc5202022年9月3日
大约 8 分钟约 2392 字

Java8多线程CompletableFuture

日常开发中,我们都会用到线程池,一般会用execute()和submit()方法提交任务。但是当你用过CompletableFuture之后,就会发现以前的线程池处理任务有多难用,功能有多简陋,CompletableFuture又是多么简洁优雅。

要知道CompletableFuture已经随着Java8发布7年了,还没有过它就有点说不过去了。 今天5分钟带你深入浅出CompletableFuture实用教程。

1. 使用线程池处理任务

    /**
     * @author yideng
     * @apiNote 线程池使用示例
     */
    public class ThreadDemo {
    
        public static void main(String[] args) {
            // 1. 创建线程池
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
            
            List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3);
            List<Future<String>> futures = new ArrayList<>();
            for (Integer key : list) {
                // 2. 提交任务
                Future<String> future = executorService.submit(() -> {
                    // 睡眠一秒,模仿处理过程
                    Thread.sleep(1000L);
                    return "结果" + key;
                });
                futures.add(future);
            }
    
            // 3. 获取结果
            for (Future<String> future : futures) {
                try {
                    String result = future.get();
                    System.out.println(result);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            executorService.shutdown();
        }
    
    }

输出结果:

    结果1
    结果2
    结果3

一般大家都会这样使用线程池,但是有没有思考过这样使用有没有什么问题? 反正我发现两个比较严重的问题:

  1. 获取结果时,调用的future.get()方法,会阻塞当前线程,直到返回结果,大大降低性能
  2. 有一半的代码在写怎么使用线程,其实我们不应该关心怎么使用线程,更应该关注任务的处理

有没有具体的优化方案呢?当然有了,请出来我们今天的主角CompletableFuture

2. 使用CompletableFuture重构任务处理

看一下使用CompletableFuture改造后代码:

    /**
     * @author yideng
     * @apiNote CompletableFuture使用示例
     */
    public class ThreadDemo {
    
        public static void main(String[] args) {
            // 1. 创建线程池
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
    
            List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3);
            for (Integer key : list) {
                // 2. 提交任务
                CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                    // 睡眠一秒,模仿处理过程
                    try {
                        Thread.sleep(1000L);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                    return "结果" + key;
                }, executorService).whenCompleteAsync((result, exception) -> {
                    // 3. 获取结果
                    System.out.println(result);
                });;
            }
    
            executorService.shutdown();
            // 由于whenCompleteAsync获取结果的方法是异步的,所以要阻塞当前线程才能输出结果
            try {
                Thread.sleep(2000L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    }

输出结果:

    结果1
    结果2
    结果3

代码中使用了CompletableFuture的两个方法, supplyAsync()方法作用是提交异步任务,有两个传参,任务和自定义线程池。 whenCompleteAsync()方法作用是异步获取结果,也有两个传参,结果和异常信息。

代码经过CompletableFuture改造后,是多么的简洁优雅。 提交任务也不用再关心线程池是怎么使用了,获取结果也不用再阻塞当前线程了。

如果你比较倔强,还想同步获取结果,可以使用whenComplete()方法,或者单独调用join()方法。 join()方法配合Stream流是这样用的:

    /**
     * @author yideng
     * @apiNote CompletableFuture使用示例
     */
    public class ThreadDemo {
    
        public static void main(String[] args) {
            // 1. 创建线程池
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
    
            List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3);
            // 2. 提交任务
            List<String> results = list.stream().map(key ->
                    CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                        // 睡眠一秒,模仿处理过程
                        try {
                            Thread.sleep(1000L);
                        } catch (InterruptedException e) {
                        }
                        return "结果" + key;
                    }, executorService))
                    .map(CompletableFuture::join).collect(Collectors.toList());
    
            executorService.shutdown();
            // 3. 获取结果
            System.out.println(results);
    
        }
    
    }

输出结果:

    [结果1,结果2,结果3]

多么的简洁优雅啊!原来executorService.submit()这种使用线程池的方式,可以彻底丢掉了。

3. CompletableFuture更多妙用

3.1 等待所有任务执行完成

如果让你实现等待所有任务线程执行完成,再进行下一步操作,你会怎么做? 我猜你一定会使用 线程池+CountDownLatch,像下面这样:

    /**
     * @author yideng
     * @apiNote 线程池和CountDownLatch使用示例
     */
    public class ThreadDemo {
    
        public static void main(String[] args) {
            // 1. 创建线程池
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
    
            List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3);
            CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(list.size());
            for (Integer key : list) {
                // 2. 提交任务
                executorService.execute(() -> {
                    // 睡眠一秒,模仿处理过程
                    try {
                        Thread.sleep(1000L);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    }
                    System.out.println("结果" + key);
                    countDownLatch.countDown();
                });
            }
    
            executorService.shutdown();
            // 3. 阻塞等待所有任务执行完成
            try {
                countDownLatch.await();
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }
    
    }

输出结果:

    结果2
    结果3
    结果1

Low不Low?十年前可以这样写,Java8都已经发布7年了,你还不会用Java8的写法?看一下使用CompletableFuture是怎么重构的:

    /**
     * @author yideng
     * @apiNote CompletableFuture.allOf()方法使用示例
     */
    public class ThreadDemo {
    
        public static void main(String[] args) {
            // 1. 创建线程池
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
    
            List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3);
            // 2. 提交任务,并调用join()阻塞等待所有任务执行完成
            CompletableFuture
                    .allOf(
                            list.stream().map(key ->
                                    CompletableFuture.runAsync(() -> {
                                        // 睡眠一秒,模仿处理过程
                                        try {
                                            Thread.sleep(1000L);
                                        } catch (InterruptedException e) {
                                        }
                                        System.out.println("结果" + key);
                                    }, executorService))
                                    .toArray(CompletableFuture[]::new))
                    .join();
            executorService.shutdown();
        }
    
    }

输出结果:

    结果3
    结果1
    结果2

代码看着有点乱,其实逻辑很清晰。

  1. 遍历list集合,提交CompletableFuture任务,把结果转换成数组
  2. 再把数组放到CompletableFuture的allOf()方法里面
  3. 最后调用join()方法阻塞等待所有任务执行完成

CompletableFuture的allOf()方法的作用就是,等待所有任务处理完成。 这样写是不是简洁优雅了许多?

3.2 任何一个任务处理完成就返回

如果要实现这样一个需求,往线程池提交一批任务,只要有其中一个任务处理完成就返回。 该怎么做?如果你手动实现这个逻辑的话,代码肯定复杂且低效,有了CompletableFuture就非常简单了,只需调用anyOf()方法就行了。

    /**
     * @author yideng
     * @apiNote CompletableFuture.anyOf()方法使用示例
     */
    public class ThreadDemo {
    
        public static void main(String[] args) {
            // 1. 创建线程池
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
    
            List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3);
            long start = System.currentTimeMillis();
            // 2. 提交任务
            CompletableFuture<Object> completableFuture = CompletableFuture
                    .anyOf(
                            list.stream().map(key ->
                                    CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                                        // 睡眠一秒,模仿处理过程
                                        try {
                                            Thread.sleep(1000L);
                                        } catch (InterruptedException e) {
                                        }
                                        return "结果" + key;
                                    }, executorService))
                                    .toArray(CompletableFuture[]::new));
            executorService.shutdown();
    
            // 3. 获取结果
            System.out.println(completableFuture.join());
        }
    
    }

输出结果:

    结果3

一切都是那么简单优雅。

3.3 一个线程执行完成,交给另一个线程接着执行

有这么一个需求: 一个线程处理完成,把处理的结果交给另一个线程继续处理,怎么实现?

你是不是想到了一堆工具,线程池、CountDownLatch、Semaphore、ReentrantLock、Synchronized,该怎么进行组合使用呢?AB组合还是BC组合?

别瞎想了,你写的肯定没有CompletableFuture好用,看一下CompletableFuture是怎么用的:

    /**
     * @author yideng
     * @apiNote CompletableFuture线程接力处理示例
     */
    public class ThreadDemo {
    
        public static void main(String[] args) {
            // 1. 创建线程池
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
    
            // 2. 提交任务,并调用join()阻塞等待任务执行完成
            String result2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                // 睡眠一秒,模仿处理过程
                try {
                    Thread.sleep(1000L);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
                return "结果1";
            }, executorService).thenApplyAsync(result1 -> {
                // 睡眠一秒,模仿处理过程
                try {
                    Thread.sleep(1000L);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
                return result1 + "结果2";
            }, executorService).join();
    
            executorService.shutdown();
            // 3. 获取结果
            System.out.println(result2);
        }
    
    }

输出结果:

    结果1结果2

代码主要用到了CompletableFuture的thenApplyAsync()方法,作用就是异步处理上一个线程的结果。

是不是太方便了?

这么好用的CompletableFuture还有没有其他功能?当然有。

4. CompletableFuture常用API

4.1 CompletableFuture常用API说明

  1. 提交任务 supplyAsync runAsync

  2. 接力处理

    thenRun thenRunAsync thenAccept thenAcceptAsync thenApply thenApplyAsync handle handleAsync applyToEither applyToEitherAsync acceptEither acceptEitherAsync runAfterEither runAfterEitherAsync thenCombine thenCombineAsync thenAcceptBoth thenAcceptBothAsync

API太多,有点眼花缭乱,很容易分类。 带run的方法,无入参,无返回值。 带accept的方法,有入参,无返回值。 带supply的方法,无入参,有返回值。 带apply的方法,有入参,有返回值。 带handle的方法,有入参,有返回值,并且带异常处理。 以Async结尾的方法,都是异步的,否则是同步的。 以Either结尾的方法,只需完成任意一个。 以Both/Combine结尾的方法,必须所有都完成。

  1. 获取结果 join 阻塞等待,不会抛异常 get 阻塞等待,会抛异常 complete(T value) 不阻塞,如果任务已完成,返回处理结果。如果没完成,则返回传参value。 completeExceptionally(Throwable ex) 不阻塞,如果任务已完成,返回处理结果。如果没完成,抛异常。

4. CompletableFuture常用API使用示例

用最常见的煮饭来举例:

4.1 then、handle方法使用示例

    /**
     * @author yideng
     * @apiNote then、handle方法使用示例
     */
    public class ThreadDemo {
    
        public static void main(String[] args) {
            CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                System.out.println("1. 开始淘米");
                return "2. 淘米完成";
            }).thenApplyAsync(result -> {
                System.out.println(result);
                System.out.println("3. 开始煮饭");
                // 生成一个1~10的随机数
                if (RandomUtils.nextInt(1, 10) > 5) {
                    throw new RuntimeException("4. 电饭煲坏了,煮不了");
                }
                return "4. 煮饭完成";
            }).handleAsync((result, exception) -> {
                if (exception != null) {
                    System.out.println(exception.getMessage());
                    return "5. 今天没饭吃";
                } else {
                    System.out.println(result);
                    return "5. 开始吃饭";
                }
            });
    
            try {
                String result = completableFuture.get();
                System.out.println(result);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    }

输出结果可能是:

    1. 开始淘米
    2. 淘米完成
    3. 开始煮饭
    4. 煮饭完成
    5. 开始吃饭

也可能是:

    1. 开始淘米
    2. 淘米完成
    3. 开始煮饭
    java.lang.RuntimeException: 4. 电饭煲坏了,煮不了
    5. 今天没饭吃

4.2 complete方法使用示例

    /**
     * @author yideng
     * @apiNote complete使用示例
     */
    public class ThreadDemo {
    
        public static void main(String[] args) {
            CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                return "饭做好了";
            });
            
            //try {
            //    Thread.sleep(1L);
            //} catch (InterruptedException e) {
            //}
    
            completableFuture.complete("饭还没做好,我点外卖了");
            System.out.println(completableFuture.join());
        }
    
    }

输出结果:

    饭还没做好,我点外卖了

如果把注释的sleep()方法放开,输出结果就是:

    饭做好了

4.3 either方法使用示例

    /**
     * @author yideng
     * @apiNote either方法使用示例
     */
    public class ThreadDemo {
    
        public static void main(String[] args) {
            CompletableFuture<String> meal = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                return "饭做好了";
            });
            CompletableFuture<String> outMeal = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                return "外卖到了";
            });
    
            // 饭先做好,就吃饭。外卖先到,就吃外卖。就是这么任性。
            CompletableFuture<String> completableFuture = meal.applyToEither(outMeal, myMeal -> {
                return myMeal;
            });
    
            System.out.println(completableFuture.join());
        }
    
    }

输出结果可能是:

    饭做好了

也可能是:

    外卖到了

学会了吗?开发中赶快用起来吧!