面试官：五年开发连异步编程CompletableFuture都不会

Posted 2021-04-13 码农code之路

---

CompletableFutur在jdk1.8被引入，目的是为了解决程序异步编排的复杂性。配合同为8版本引入的lambda表达式和streamAPI，可以编写足够优雅的异步程序。（有对jdk8的新特性不太了解的读者可以事先了解一下，本系列代码使用了大量1.8新特性，以便更好地理解示例程序，当然对于示例代码会有一些说明性文字）。

 

用CompletableFuture开发异步程序

 

为了避免文档API翻译式的学习，相对加深我们对CompletableFuture的了解，并快速把它应用到我们的实际开发中，笔者在这里创建一个“用户视频列表”的应用，它要根据用户展示对应的视频。希望在这整个示例演进改造过程中，读者能够学会以下的方法能力：

 

1 如何在你的项目中设计异步API。

2 如何把项目中现有的阻塞API变为异步，并合理地编排这些异步API。

3 如何以响应式的方式来处理异步操作完成之后的事件。

 

正文开始

 

1 首先我们需要为“用户视频列表”应用创建一个‘视频列表’方法，该方法返回平台所有的视频列表（假设目前只有1个视频）。

public class Video {
    private String name;
    public Video(String name) {
        this.name = name;
    }
    // set  get tostring方法略……
}

创建获取视频列表方法，并模拟查询时长

// 查询视频列表方法
public static List<Video> getVideos() {
    return selectVideos();
}
final static List<String> videos = Arrays.asList("夏洛特");
public static List<Video> selectVideos() {
// 由数据源videos获取一个stream流，相当于内部循环
    List<Video> videoList = videos.stream()
// 将遍历的视频名字映射为Video对象
            .map(name -> {
                try {
                    Thread.sleep(1000L);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                return new Video(name);
// 最后将映射的Video对象收集为一个列表
            }).collect(Collectors.toList());
    return videoList;
}

由代码（示例代码使用了lambda和streamAPI）可知，获取一个视频需要耗时1秒，getVideos的调用者在调用此方法时会被阻塞。为了等待获取视频列表而阻塞1秒钟，这让我们觉得很不爽，因为要完成“用户视频列表”功能，我们还要调用用户信息、用户浏览记录和推荐计算API。

为了给用户更加流畅的体验，我们希望将getVideos变为异步。

同步变异步

因此，我们将getVideos重新改造为getVideosAsync，并返回一个Future包装：

// 异步查询视频列表方法
public static Future<List<Video>> getVideosAsync() {
    // 创建CompletableFuture实例
    CompletableFuture<List<Video>> futureVideos = new CompletableFuture<>();
    // 开启新线程来执行查询
    new Thread(() -> {
        List<Video> videos = selectVideos();
        // 查询完成后设置结果
        futureVideos.complete(videos);

    }).start();
    // 非阻塞，直接返回包装结果
    return futureVideos;
}

这里，我们首先创建了异步计算的CompletableFuture对象，然后创建了一个新的线程去执行视频列表查询selectVideos，在查询完毕后会设置值到CompletableFuture；我们直接返回CompletableFuture对象，返回动作是独立于查询线程，因此没有被阻塞。

异步方式测试

long start = System.nanoTime();
Future<List<Video>> videosAsync = Video.getVideosAsync();

long time = (System.nanoTime() - start) / 1_000_000;
System.out.println("视频列表查询异步返回耗时 " + time + "毫秒");

// 比如查询用户信息，查询用户浏览记录等
doSomethingOther();
try {
// 阻塞方法
    List<Video> videos = videosAsync.get();
    System.out.println(videos);
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}
long resultTime = (System.nanoTime() - start) / 1_000_000;
System.out.println("视频列表查询在" + resultTime + " 毫秒后返回结果");

返回结果如下

视频列表查询异步返回耗时 46毫秒
[Video{夏洛特}]
视频列表查询在1053 毫秒后返回结果

我们可以发现，Video.getVideosAsync()在很短时间内就返回了，并没有阻塞当前方法的doSomethingOther。细心的读者可能发现，我们调用了videosAsync.get()方法，此方法意在获取异步包装对象中的值，属于阻塞方法，假如说我们的查询视频列表方法迟迟没有返回，它会永久阻塞在这里。因此我们开发中建议使用他的重载方法（V get(long timeout, TimeUnit unit)），传入超时时长，避免无限阻塞。

 

除此之外，另一个可能的情况是，查询列表方法报错了，我们就面临另一个问题：如何管理我们异步任务可能出现的错误，这在开发中是不容忽视的一个问题。

异步任务的错误处理

如果我们的异步视频列表查询方法报错，这个错误会被限制在试图查询的异步线程中，并终结该线程。这依然会导致调用get方法的消费端被永久阻塞（假如没有使用超时参数）。

 

但即使客户端使用了超时参数，也只会收到一个Timeout-Exception，仅此而已，至于查询视频列表的异步方法中到底发生的什么错误，我们还是一无所知。为此，我们需要使用CompletableFuture的completeExceptionally方法，此方法可以将异步任务中的错误抛出。改造如下：

抛出异步任务中的错误

// 异步查询视频列表方法
public static Future<List<Video>> getVideosAsync() {
    // 创建CompletableFuture实例
    CompletableFuture<List<Video>> futureVideos = new CompletableFuture<>();
    // 开启新线程来执行查询
    new Thread(() -> {
        try {
            List<Video> videos = selectVideos();
            // 查询完成后设置结果
            futureVideos.complete(videos);
        }catch (Exception e) {
            // 抛出错误
            futureVideos.completeExceptionally(e);
        }
    }).start();

    // 非阻塞，直接返回包装结果
    return futureVideos;
}

现在同样的get调用，如果异步任务报错，get调用方回收到一个ExecutionException（执行异常）异常，该异常包装了异步线程中真正发生的异常。

假如发生了一个"videos not available"异常，那个调用方（即我们的测试线程）会打印这样的信息：

java.util.concurrent.ExecutionException: java.lang.RuntimeException: videos not available
 at java.util.concurrent.CompletableFuture.reportGet(CompletableFuture.java:357)
 at java.util.concurrent.CompletableFuture.get(CompletableFuture.java:1895)
Caused by: java.lang.RuntimeException: videos not available
 at java8.Video.lambda$getVideosAsync$0(Video.java:42)
 at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

到现在为止，我们已经学会使用CompletableFuture进行异步方法调用，看起来也很简单。但事实上CompletableFuture本身为开发者提供了大量方便优雅的工厂方法，直接使用这些方法，配合1.8的新特性，能够构建更加优雅的异步应用。

 

点个关注，关于CompletableFuture更好实践，参见异步编程实践第三话。

【推荐阅读】