JUC并发编程之CompletableFuture详解
目录
1.Future接口
1.1 Future介绍
1.1.1 FutureTask
1.1.2 代码示例
- CompletableFuture
2.1 基本概念
2.2 代码示例
2.2.1 创建CompletableFuture
2.2.2 函数式接口（补充）
2.2.3 异步任务组合
1.Future接口
1.1 Future介绍
JUC并发编程中的Future接口是Java 5中引入的一种异步编程机制，用于表示一个可能在未来完成的计算结果。它允许我们提交一个任务给线程池或其他执行器执行，并且可以通过Future对象获取任务执行的结果或者判断任务是否已经完成。
Future接口的基本方法如下：
isDone(): 判断任务是否已经完成。get(): 获取任务的计算结果，如果任务还未完成，调用该方法将会阻塞，直到任务完成并返回结果。get(long timeout, TimeUnit unit): 获取任务的计算结果，但最多等待指定时间，如果任务在指定时间内没有完成，则会抛出超时异常。cancel(boolean mayInterruptIfRunning): 尝试取消任务的执行，如果任务已经开始执行，参数mayInterruptIfRunning决定是否中断任务。isCancelled(): 判断任务是否已经被取消。
1.1.1 FutureTask
FutureTask是Java并发编程中的一个类，它实现了Future接口，并且是Runnable的实现类。FutureTask可以用来包装一个Callable或Runnable任务，使得我们可以在另一个线程中执行该任务，并且在未来的某个时间点获取任务的结果。FutureTask提供了一些方法来获取任务的执行结果，以及判断任务是否已经完成或取消。
如下图所示：
FutureTask实现了Future接口和Runnable接口，因此可以调用Future和Runnable的方法。
1.1.2 代码示例
import java.util.concurrent.*;public class FutureExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个线程池ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);// 提交一个异步任务Future<String> future = executor.submit(() -> {try {Thread.sleep(2000); // 模拟耗时任务} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}return "异步任务执行完成";});System.out.println("异步任务已经提交");// 等待任务完成，并获取结果try {String result = future.get(); // 这里会阻塞，直到任务完成并返回结果System.out.println(result);} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}// 关闭线程池executor.shutdown();}}
在上面的示例中，我们使用ExecutorService创建一个拥有一个线程的线程池，然后通过submit()方法提交一个简单的异步任务，该任务在执行过程中睡眠2秒钟，然后返回一个字符串。接着，我们使用Future的get()方法获取任务的执行结果，这里get()方法将会阻塞直到任务完成并返回结果。
需要注意的是，Future的get()方法在获取结果时会阻塞，这可能会导致程序在等待过程中无法执行其他任务。为了更好地处理异步任务，Java 8引入了CompletableFuture，它提供了更多灵活的方法来处理异步任务和任务组合，可以更好地解决Future在并发编程中的一些限制。
2. CompletableFuture
2.1 基本概念
CompletableFuture是Java并发工具包（Java Util Concurrent，JUC）中的一部分，自Java 8版本引入，用于简化异步编程和并发任务的处理。它是java.util.concurrent包中的一个类，提供了强大的功能来处理异步操作和任务之间的依赖关系。
CompletableFuture是一个可完成或可编程的Future。它可以被手动完成，也可以用于串联多个异步操作，并在操作完成时触发后续的操作。它提供了一系列方法来组合和转换异步任务，例如thenApply(), thenAccept(), thenCombine(), thenCompose(), thenRun()等，CompletableFuture提供了一种类似观察者模式的机制，可以让任务执行完成后通知监听的一方。
在Java8中，CompletableFuture提供了非常强大的Future的扩展功能，可以帮助我们简化异步编程的复杂性,并且提供了函数式编程的能力，可以通过回调的方式处理计算结果，也提供了转换和组合CompletableFuture的方法。
它可能代表一个明确完成的Future，也有可能代表一个完成阶段（CompletionStage )，它支持在计算完成以后触发一些函数或执行某些动作。它实现了Future和CompletionStage接口。
如下图：
2.2 代码示例
2.2.1 创建CompletableFuture
CompletableFuture.runAsync(): 创建一个没有返回值的CompletableFuture，用于执行异步任务。
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(1);CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName());},threadPool);
CompletableFuture.supplyAsync(): 创建一个具有返回值的CompletableFuture，用于执行异步计算。
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(1);CompletableFuture<String> stringCompletableFuture =CompletableFuture.supplyAsync(() -> {return "hello";}, threadPool);System.out.println(stringCompletableFuture.get());threadPool.shutdown();
CompletableFuture是Future的功能加强版，减少阻塞和轮询，可以传入回调对象，当异步任务完成后或发生异常时，自动调用回调对象的回调方法。代码如下:
CompletableFuture<String> stringCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {return "hello";}).whenComplete((v,e)->{ //v表示返回的结果，e为异常，没有异常的时候e为nullif(e==null){System.out.println("异步线程完成任务返回结果为 "+v);}}).exceptionally(e->{e.printStackTrace();System.out.println("goods");return null;});
在这里我们未使用我们自定义的线程池，这里会自动使用默认的线程池。
注意：当我们在异步线程的逻辑处理中加上Thread.sleep(1000)代码后再次运行会发现如下面的结果：
因为主线程是用户线程处理速度太快，CompletableFuture默认使用的线程池会立刻关闭。所以推荐使用自定义线程池。
2.2.2 函数式接口（补充）
在这里用到不少函数式接口，故在这里进行简单介绍一下。
Java函数式接口是Java 8版本中引入的一个特性，它是一种只包含一个抽象方法的接口。函数式接口可以被认为是用来支持Lambda表达式的接口，Lambda表达式可以被转换为函数式接口的实例。
Java函数式接口有以下特点：
- 只包含一个抽象方法：函数式接口只能有一个未实现的抽象方法。可以有默认方法和静态方法，但只有一个抽象方法。
- @FunctionalInterface注解：为了确保一个接口是函数式接口，可以使用@FunctionalInterface注解进行标记。如果接口不符合函数式接口的定义，编译器会给出错误提示。
如下图：
2.2.3 异步任务组合
thenApply(): 对前一个阶段的计算结果进行转换
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello").thenApply(s -> s + " World");
thenAccept(): 处理前一个阶段的计算结果，但不返回结果。
CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello").thenAccept(s -> System.out.println(s + " World"));
thenRun(): 在上一个阶段的任务完成后执行指定的动作，没有返回值。
CompletableFuture<Void> hello = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello").thenRun(() -> {System.out.println("hello");});
thenCombine(): 组合两个独立的CompletableFuture的结果。
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> " World");CompletableFuture<String> combinedFuture = future1.thenCombine(future2, (s1, s2) -> s1 + s2);
handle(): 因为thenApply方法是需要存在依赖关系，所以当前步骤错了，就不会继续往下一步执行，而handle可以
CompletableFuture.supplyAsync(()->{System.out.println("执行第一步");Integer i=1/0;return 1;}).handle((v,e)->{System.out.println("执行第二步");return v+2;}).handle((v,e)->{System.out.println("执行第三步");return v+3;}).whenComplete((v,e)->{if (e == null) {System.out.println("最后结果:"+v);}}).exceptionally(e->{e.printStackTrace();return null;});}
applyToEither():是CompletableFuture类中的一个方法，用于处理两个CompletableFuture的结果，只要其中任意一个完成就可以执行指定的转换函数。applyToEither方法在异步编程中常用于多个任务竞争的场景，我们希望只要其中一个任务先完成就可以对其结果进行处理，而不需要等待其他任务的完成。
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {try {TimeUnit.SECONDS.sleep(3);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}return "Future 1";});CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {try {TimeUnit.SECONDS.sleep(2);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}return "Future 2";});CompletableFuture<String> resultFuture = future1.applyToEither(future2, s -> s + " wins!");resultFuture.thenAccept(System.out::println); // 输出较快的任务的结果
总结（摘录网图）
注意：
1. 没有传入自定义线程池，都用默认线程池ForkJoinPool;
2. 如果你执行第一个任务的时候，传入了一个自定义线程池:
调用thenRun方法执行第二个任务时，则第二个任务和第一个任务是共用同一个线程池。
调用thenRunAsync执行第二个任务时，则第一个任务使用的是你自己传入的线程池，第二个任务使用的是ForkJoinPool线程池l
备注
有可能处理太快，系统优化切换原则，直接使用main线程处理其它如: thenAccept和thenAcceptAsync，thenApply和thenApplyAsync等，它们之间的区别也是同理。
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小灰灰
朱雀
向右看齐
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