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使用CompletableFuture

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使用Future获得异步执行结果时,要么调用阻塞方法get(),要么轮询看isDone()是否为true,这两种方法都不是很好,因为主线程也会被迫等待。

从Java 8开始引入了CompletableFuture,它针对Future做了改进,可以传入回调对象,当异步任务完成或者发生异常时,自动调用回调对象的回调方法。

我们以获取股票价格为例,看看如何使用CompletableFuture

// CompletableFuture
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建异步执行任务:
        CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(Main::fetchPrice);
        // 如果执行成功:
        cf.thenAccept((result) -> {
            System.out.println("price: " + result);
        });
        // 如果执行异常:
        cf.exceptionally((e) -> {
            e.printStackTrace();
            return null;
        });
        // 主线程不要立刻结束,否则CompletableFuture默认使用的线程池会立刻关闭:
        Thread.sleep(2000);
    }

    static Double fetchPrice() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        if (Math.random() < 0.3) {
            throw new RuntimeException("fetch price failed!");
        }
        return 5 + Math.random() * 20;
    }
}

创建一个CompletableFuture是通过CompletableFuture.supplyAsync()实现的,它需要一个实现了Supplier接口的对象:

public interface Supplier<T> {
    T get();
}

这里我们用lambda语法简化了一下,直接传入Main::fetchPrice,因为Main.fetchPrice()静态方法的签名符合Supplier接口的定义(除了方法名外)。

紧接着,CompletableFuture已经被提交给默认的线程池执行了,我们需要定义的是CompletableFuture完成时和异常时需要回调的实例。完成时,CompletableFuture会调用Consumer对象:

public interface Consumer<T> {
    void accept(T t);
}

异常时,CompletableFuture会调用Function对象:

public interface Function<T, R> {
    R apply(T t);
}

这里我们都用lambda语法简化了代码。

可见CompletableFuture的优点是:

  • 异步任务结束时,会自动回调某个对象的方法;
  • 异步任务出错时,会自动回调某个对象的方法;
  • 主线程设置好回调后,不再关心异步任务的执行。

如果只是实现了异步回调机制,我们还看不出CompletableFuture相比Future的优势。CompletableFuture更强大的功能是,多个CompletableFuture可以串行执行,例如,定义两个CompletableFuture,第一个CompletableFuture根据证券名称查询证券代码,第二个CompletableFuture根据证券代码查询证券价格,这两个CompletableFuture实现串行操作如下:

// CompletableFuture
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 第一个任务:
        CompletableFuture<String> cfQuery = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return queryCode("中国石油");
        });
        // cfQuery成功后继续执行下一个任务:
        CompletableFuture<Double> cfFetch = cfQuery.thenApplyAsync((code) -> {
            return fetchPrice(code);
        });
        // cfFetch成功后打印结果:
        cfFetch.thenAccept((result) -> {
            System.out.println("price: " + result);
        });
        // 主线程不要立刻结束,否则CompletableFuture默认使用的线程池会立刻关闭:
        Thread.sleep(2000);
    }

    static String queryCode(String name) {
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        return "601857";
    }

    static Double fetchPrice(String code) {
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        return 5 + Math.random() * 20;
    }
}

除了串行执行外,多个CompletableFuture还可以并行执行。例如,我们考虑这样的场景:

同时从新浪和网易查询证券代码,只要任意一个返回结果,就进行下一步查询价格,查询价格也同时从新浪和网易查询,只要任意一个返回结果,就完成操作:

// CompletableFuture
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 两个CompletableFuture执行异步查询:
        CompletableFuture<String> cfQueryFromSina = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return queryCode("中国石油", "https://finance.sina.com.cn/code/");
        });
        CompletableFuture<String> cfQueryFrom163 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return queryCode("中国石油", "https://money.163.com/code/");
        });

        // 用anyOf合并为一个新的CompletableFuture:
        CompletableFuture<Object> cfQuery = CompletableFuture.anyOf(cfQueryFromSina, cfQueryFrom163);

        // 两个CompletableFuture执行异步查询:
        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合并为一个新的CompletableFuture:
        CompletableFuture<Object> cfFetch = CompletableFuture.anyOf(cfFetchFromSina, cfFetchFrom163);

        // 最终结果:
        cfFetch.thenAccept((result) -> {
            System.out.println("price: " + result);
        });
        // 主线程不要立刻结束,否则CompletableFuture默认使用的线程池会立刻关闭:
        Thread.sleep(2000);
    }

    static String queryCode(String name, String url) {
        System.out.println("query code from " + url + "...");
        try {
            Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        return "601857";
    }

    static Double fetchPrice(String code, String url) {
        System.out.println("query price from " + url + "...");
        try {
            Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        return 5 + Math.random() * 20;
    }
}

上述逻辑实现的异步查询规则实际上是:

┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ Query Code  │ │ Query Code  │
│  from sina  │ │  from 163   │
└─────────────┘ └─────────────┘
       │               │
       └───────┬───────┘
               ▼
        ┌─────────────┐
        │    anyOf    │
        └─────────────┘
               │
       ┌───────┴────────┐
       ▼                ▼
┌─────────────┐  ┌─────────────┐
│ Query Price │  │ Query Price │
│  from sina  │  │  from 163   │
└─────────────┘  └─────────────┘
       │                │
       └────────┬───────┘
                ▼
         ┌─────────────┐
         │    anyOf    │
         └─────────────┘
                │
                ▼
         ┌─────────────┐
         │Display Price│
         └─────────────┘

除了anyOf()可以实现“任意个CompletableFuture只要一个成功”,allOf()可以实现“所有CompletableFuture都必须成功”,这些组合操作可以实现非常复杂的异步流程控制。

最后我们注意CompletableFuture的命名规则:

  • xxx():表示该方法将继续在已有的线程中执行;
  • xxxAsync():表示将异步在线程池中执行。

练习

使用CompletableFuture

小结

CompletableFuture可以指定异步处理流程:

  • thenAccept()处理正常结果;
  • exceptional()处理异常结果;
  • thenApplyAsync()用于串行化另一个CompletableFuture
  • anyOf()allOf()用于并行化多个CompletableFuture

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