Java8新特性之：CompletableFuture

Posted 2020-11-09

一. CompletableFuture

    1.Future接口

        Future设计的初衷：对将来某个时刻会发生的结果进行建模。

        它建模了一种异步计算，返回一个执行运算结果的引用，当运算结束后，这个引用被返回给调用方。在Future中出发那些潜在耗时的操作把调用线程解放出来，让它能继续执行其他有价值的工作，不再需要等待耗时的操作完成。

        Future的优点：比更底层的Thread更易用。

        要使用Future，通常只需要将耗时的操作封装在一个Callable对象中，再将它提交给ExecutorService。

ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
Future<Double> future = executor.submit(new Callable<Double>() { //向ExecutorService提交一个Callable对象
    @Override
    public Double call() throws Exception {
        return doSomeLongComputation(); //以异步方式在新的线程中执行耗时的操作
    }
    });
doSomethingElse(); //异步操作进行的同时，你可以做其他的事情
try {
    //获取异步操作的结果，如果最终被阻塞，无法得到结果，那么在最多等待1秒钟之后退出
    Double result = future.get(1, TimeUnit.SECONDS);
} catch (ExecutionException ee) {
    //加上抛出一个异常
} catch (InterruptedException ie) {
    //当前线程在等待过程中被中断
} catch (TimeoutException te) {
    //在Future对象完成之前超过已过期
}

    2. 实现异步API、代码避免阻塞

        使用工厂方法supplyAsync创建CompletableFuture

public Future<Double> getPriceAsync2(String product) {
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> calculatePrice(product));
}

            supplyAsync方法接受一个生产者（Supplier）作为参数，返回一个CompletableFuture对象，该对象完成异步执行后会读取调用生产者方法的返回值。

            生产者方法会交由ForkJoinPool池中的某个执行线程（Executor）运行，但是你也可以使用supplyAsync方法的重载版本，传递第二个参数指定不同的执行线程执行生产者方法。

        join方法等待异步操作结束

            CompletableFuture类中的join方法和Future接口中的get有相同的含义，等待运行结束。并且也声明在Future接口中，唯一的不同是join方法不会抛出任何检测到的异常。因此使用它时不需要再使用try/catch语句块。

public List<String> findPrices(String product) {
//使用CompletableFuture以异步方式计算每种商品的价格
List<CompletableFuture<String>> priceFutures = shops.stream()
.map(shop -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> shop.getName() + " price is " + shop.getPriceAsync(product)))
.collect(Collectors.toList());
//等待所有异步操作结束
return priceFutures.stream().
map(CompletableFuture::join)
.collect(Collectors.toList());
}

        使用定制执行器

            创建一个配有线程池的执行器。

            线程数的选择：N(threads) = N(CPU) * U(CPU) * (1 + W/C)

                -- N(CPU)：处理器的核的数目，可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()得到；

                -- U(CPU)：期望的CPU利用率（该值应该介于0和1之间）；

                -- W/C：等待时间与计算时间的比率。

//创建一个线程池，线程池中线程的数目为100和商店数目二者中较小的一个值（这里100为线程池的上限）
private final Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(Math.min(shops.size(), 100), new ThreadFactory() {
@Override
public Thread newThread(Runnable r) {
Thread t = new Thread(r);
t.setDaemon(true); //使用守护线程--这种方式不会阻止程序的关停
return t;
}
});

            集合进行并行计算有两种方式：并行流和CompletableFutures。

                -- 计算密集型操作，并且没有I/O，推荐使用Stream接口。因为实现简单，同时效率也可能是最高的（如果所有的线程都是计算密集型的，那就没有必要创建比处理器核数更多的线程）；

                -- 如果并行的工作单元还涉及等待I/O的操作（包括网络连接等待），那么使用CompletableFuture灵活性更好。这种情况下处理流的流水线中如果发生I/O等待，流的延迟特性会让我们很难判断到底什么时候触发了等待。

    3. 对多个异步任务进行流水线操作

        thenApply：将一个由字符串转换Quote的方法作为参数传递给他

        thenCompose：该方法允许你对两个异步操作进行流水线，第一个操作完成时，将其结果作为参数传递给第二个操作。

                    对第一个CompletableFuture对象调用thenCompose，并向其传递一个函数。当第一个CompletableFuture执行完毕后，他的结果将作为该函数的参数，这个函数的返回值是以第一个CompletableFuture的返回做输入计算出的第二    个CompletableFuture对象。

                    使用thenCompose减少很多线程切换开销。

        thenCombine：将两个CompletableFuture对象结果整合起来。该方法接收名为BiFunction的第二参数，这个参数定义了两个CompletableFuture对象完成计算后，如何合并。

        thenAccept：方法接收CompletableFuture执行完毕后的返回值做参数。不必等待那些还未返回的结果。