Java CompletableFuture使用方式
在我之前的文章IO密集型服務提升性能的三種方法中提到過，提升IO密集型應用性能有個方式就是異步編程，實現(xiàn)異步時一定會用到Future，使用多線程+Future我們可以讓多個任務同時去執(zhí)行，最后統(tǒng)一去獲取執(zhí)行結果，這樣整體執(zhí)行的時長就取決于最長的一個任務，比如如下代碼：
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
System.out.println(new Date());
Future<String> future1 = executorService.submit(() -> {
Thread.sleep(5000);
return new Date() + ":" + "thread1 result";
});
Future<String> future2 = executorService.submit(() -> {
Thread.sleep(3000);
return new Date() + ":" + "thread2 result";
});
try {
System.out.println(future1.get());
System.out.println(future2.get());
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
} catch (ExecutionException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}上面代碼的運行時長是5s，如果兩個任務串行執(zhí)行的化，運行時間就會是8s，當多個任務多線程異步執(zhí)行時，最終總的執(zhí)行時長取決于最長任務的執(zhí)行時長。Future在大部分異步變成情況下，已經能很好的滿足我們異步變成的訴求了，但當我看到CompletableFuture這個東西的時候，才發(fā)現(xiàn)Future還是太簡單，我還是太年輕。
CompletableFuture除了和Future一樣可以獲取執(zhí)行結果外，它還**簡化了異常、提供了手動設置結果的接口、鏈式操作、結果組合、回調，**接下來我們通過一些代碼示例，來看下CompletableFuture這些特性如何吊打Future。
異常處理
在使用Future時，你只能在get()的時候抓取到異常，異常處理會和結果獲取的邏輯混在一起，有些時候處理起來會比較麻煩，而CompletableFuture提供了exceptionally 和handle 兩個api，可以很方便的添加異常處理邏輯，后續(xù)只需要直接使用get獲取結果即可，代碼示例如下：
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 故意拋出一個異常
if (System.currentTimeMillis() % 2 == 0) {
throw new RuntimeException("Exception occurred!");
}
return "Result";
}, executorService);
future = future.exceptionally(ex -> {
// 對異常進行處理，并提供一個異常時的結果
return "Default Value";
});
try {
System.out.println(future.get()); // 輸出 "Default Value"
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}exceptionally api讓任務在運行過程中，如果抓到了Exception，就可以調用你給定的邏輯來處理異常。
與exceptionally就是handle方法，達到的效果一致，但使用略有不同，可以看出handle這個api是在任務執(zhí)行完成后，講exception和執(zhí)行結果共同處理一次。
future = future.handle((result, ex) -> {
if (ex != null) {
return "Default Value";
}
return result;
});
try {
System.out.println(future.get()); // 輸出 "Default Value"
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}手動設置結果
在Future中，我們無法手動地完成一個任務或者設置任務的結果，這個任務的執(zhí)行結果完全取決于任務的執(zhí)行情況。
但在CompletableFuture，我們可以在任何時間點上手動設置結果或者標記任務為已完成。
舉個例子，我要通過接口獲取某個數(shù)據，但很要求時效性，如果超過1s我就不要接口調用結果了，而是返回一個默認值。
Future設置等待時間也可以實現(xiàn)類似的功能，但不是很直觀， CompletableFuture就很簡單直觀了。
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
try {
// 隨機sleep 0-2s
Thread.sleep(ThreadLocalRandom.current().nextInt(2000));
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
return "Result";
}, executorService);
CompletableFuture<String> finalFuture = future;
// 1s后手動完成
executorService.submit(() -> {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 手動地完成這個 CompletableFuture，并設置計算結果
finalFuture.complete("Default Value");
});
try {
System.out.println(future.get()); // 概率性輸出 "Default Value"
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}鏈式操作
鏈式操作意味著你可以將一個CompletableFuture的結果直接傳遞給另一個異步操作，而無需等待第一個操作完成。
這使得你可以更容易地編寫復雜的并發(fā)邏輯，這種非常適合需要將多個接口結果串起來的流程，有點像langChain，我們直接看示例代碼：
public static void main(String[] args) {
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 第一個異步任務
return "Hello";
}).thenApplyAsync(result -> {
// 第二個異步任務，依賴第一個任務的結果
return result + " World";
}).thenApplyAsync(result -> {
// 第三個異步任務，依賴第二個任務的結果
return result + "!";
});
try {
System.out.println(future.get());
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
} catch (ExecutionException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}這個示例比較簡單，在實際使用中，我們可以將三個任務替換成任何需要相互依賴的任務，你只需要定義每個任務的輸入和輸出，然后將它們連接在一起，就可以創(chuàng)建一個復雜的并發(fā)流程。
結果組合
CompletableFuture提供了幾個方法來組合或合并多個CompletableFuture的結果。
最常用的可能是thenCombine和allOf方法。
以下是thenCombine方法的使用示例：
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
return "Hello";
});
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
return "World!";
});
CompletableFuture<String> combinedFuture = future1.thenCombine(future2, (s1, s2) -> {
return s1 + ", " + s2;
});
try {
String result = combinedFuture.get();
System.out.println(result); // 輸出 "Hello, World!"
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}在上述代碼中，我們首先創(chuàng)建了兩個獨立的CompletableFuture，然后使用thenCombine方法將它們的結果組合在一起。
以下是allOf方法的使用示例：
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
return "Hello";
});
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
return "World!";
});
CompletableFuture<Void> allFutures = CompletableFuture.allOf(future1, future2);
// 當所有的 CompletableFuture 都完成時，獲取結果
allFutures.thenRun(() -> {
try {
String result1 = future1.get();
String result2 = future2.get();
System.out.println(result1 + ", " + result2); // 輸出 "Hello, World!"
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
});可以看出thenCombine和allOf都實現(xiàn)了類似的功能，但兩者的側重點不同，thenCombine實現(xiàn)的是對執(zhí)行結果的聚合，而allOf實現(xiàn)的是對執(zhí)行完狀態(tài)的聚合，還是需要你去顯式調用get()方法去獲取結果的，所以你還是得根據具體需求來選擇使用thenCombine還是allOf。
回調
使用Future時，我們只能通過get()或者isDone()方法來獲取到任務是否執(zhí)行完成了，無法讓任務執(zhí)行完成后主動通知到我們，但CompletableFuture提供了一些回調方法，可以讓任務執(zhí)行完成后執(zhí)行結果處理的任務或者執(zhí)行一些通知的邏輯。
CompletableFuture提供了幾個方法來設置回調，如thenApply, thenAccept, 和 thenRun。
具體看代碼示例：
public static void main(String[] args) {
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 異步任務
return "Hello, World!";
});
future.thenApply(result -> {
// 當 future 完成時，這個回調會被調用。
// result 參數(shù)是 future 的結果。
// 這個回調的結果會被包裝成一個新的 CompletableFuture。
return result.length();
}).thenAccept(length -> {
// 當前面的 CompletableFuture 完成時，這個回調會被調用。
// length 參數(shù)是前面 CompletableFuture 的結果。
// 這個回調沒有返回值。
System.out.println(length); // 輸出 "Hello, World!" 的長度
}).thenRun(() -> {
// 當前面的 CompletableFuture 完成時，這個回調會被調用。
// 這個回調沒有輸入參數(shù)，也沒有返回值。
System.out.println("Done");
});
}thenApply、thenAccept和thenRun都是在任務執(zhí)行完成后被調起，但他們定位有所不同，thenApply處理的結果可以被包裝成一個新的CompletableFuture，只后可以繼續(xù)鏈式調用。
但thenAccept只能接受輸入，無法提供輸出，所以他的定位是任務的收尾，比如可以將結果輸出。
而thenRun既沒有輸入也沒有輸出，所以它只是獲取到了任務執(zhí)行完的狀態(tài)，任務的執(zhí)行結果是獲取不到的，所以它是最弱的。
總結
總結下本文，Future 盡管有用，但在功能上還是相對簡單。
CompletableFuture不僅提供了獲取執(zhí)行結果的能力，它還增添了異常處理、手動完成、鏈式操作、結果組合和回調等強大功能。
- 異常處理: 利用
exceptionally和handle方法，可以簡化異常處理流程，使其更加直觀和易于管理。 - 手動設置結果:
CompletableFuture允許我們在任意時間點手動設置結果，增加了靈活性。 - 鏈式操作: 通過鏈式操作，我們可以將不同的異步操作以流水線的方式串聯(lián)起來，編寫復雜的并發(fā)邏輯變得更加簡單。
- 結果組合:
thenCombine和allOf方法能夠將多個CompletableFuture的結果合并，為我們提供了更多處理異步操作結果的方式。 - 回調: 提供了
thenApply,thenAccept, 和thenRun等方法，允許我們在任務完成后進行結果處理或其他邏輯操作。
通過這些特性，CompletableFuture顯著地提升了異步編程的能力和靈活性。無論是簡化異常處理，還是實現(xiàn)復雜的異步邏輯，CompletableFuture都能夠幫助我們寫出更清晰、更高效的代碼。我相信通過本文的示例代碼，你可以更深入地理解CompletableFuture的強大之處，并在你的項目中充分利用它來提升性能。
以上為個人經驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。
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