CompletableFuture详解~CompletionStage

CompletableFuture 分别实现两个接口 Future与 CompletionStage。

Future 接口大家都比较熟悉，这里主要讲讲 CompletionStage。

CompletableFuture 大部分方法来自CompletionStage 接口，正是因为这个接口，CompletableFuture才有如此强大功能。

想要理解 CompletionStage 接口，我们需要先了解任务的时序关系的。我们可以将任务时序关系分为以下几种：

  • 串行执行关系

  • 并行执行关系

  • AND 汇聚关系

  • OR 汇聚关系

1.串行执行关系

任务串行执行，下一个任务必须等待上一个任务完成才可以继续执行。

 CompletionStage 有四组接口可以描述串行这种关系，分别为:

// 同步
CompletableFuture<U> thenApply(Function<? super T, ? extends u> fn)
CompletableFuture<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action)
CompletableFuture<Void> thenRun(Runnable action)
// 这个比较特殊，类似于Stream.flatmap
CompletableFuture<U> thenCompose(Function<? super T, ? extends CompletionStage<U>> fn)// 异步
CompletionStage<U> thenApplyAsync(Function<? super T, ? extends u> fn)
CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action)
CompletionStage<Void> thenRunAsync(Runnable action)
// 这个比较特殊，类似于Stream.flatmap
CompletionStage<U> thenComposeAsync(Function<? super T, ? extends CompletionStage<U>> fn)

thenApply 方法需要传入核心参数为 Function<T,R>类型。这个类核心方法为：

 R apply(T t)

所以这个接口将会把上一个任务返回结果当做入参，执行结束将会返回结果。

thenAccept 方法需要传入参数对象为 Consumer<T>类型，这个类核心方法为：

void accept(T t)

返回值 void 可以看出，这个方法不支持返回结果，但是需要将上一个任务执行结果当做参数传入。

thenRun 方法需要传入参数对象为 Runnable 类型，这个类大家应该都比较熟悉，核心方法既不支持传入参数，也不会返回执行结果。

thenCompose 方法作用与 thenApply 一样，只不过 thenCompose 需要返回新的  CompletionStage。这么理解比较抽象，可以集合代码一起理解。

CompletableFuture<String> cf = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello,楼下小哥");cf.thenApply(String::toLowerCase);
// 需要重新创建一个CompletionStage
cf.thenCompose(s -> CompletableFuture.supplyAsync(s::toLowerCase));

方法中带有 Async ，代表可以异步执行，这个系列还有重载方法，可以传入自定义的线程池，上图未展示，读者只可以自行查看 API。

最后我们通过代码展示 thenApply 使用方式：

CompletableFuture<String> cf= CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello,楼下小哥")// 1.thenApply(s -> s + "@程序通事") // 2.thenApply(String::toUpperCase); // 3System.out.println(cf.join());
// 输出结果 HELLO,楼下小哥@程序通事

这段代码比较简单，首先我们开启一个异步任务，接着串行执行后续两个任务。任务 2 需要等待任务1 执行完成，任务 3 需要等待任务 2。

上面方法，大家需要记住了  Function<T，R>，Consumer<T>，Runnable 三者区别，根据场景选择使用。

2.AND 汇聚关系

 

如上所示，只有任务 A 与任务 B 都完成之后，任务 C 才会开始执行。

CompletionStage 有以下接口描述这种关系。

// 同步
CompletableFuture<V> thenCombine(CompletionStage<U> other, BiFunction<T,U,V> fn)
CompletableFuture<Void> thenAcceptBoth(CompletionStage<U> other, BiConsumer<T,U> action)
CompletableFuture<Void> runAfterBoth(CompletionStage<U> other, Runnable action)// 异步
CompletableFuture<V> thenCombineAsync(CompletionStage<U> other, BiFunction<T,U,V> fn)
CompletableFuture<Void> thenAcceptBothAsync(CompletionStage<U> other, BiConsumer<T,U> action)
CompletableFuture<Void> runAfterBothAsync(CompletionStage<U> other, Runnable action)// 多组任务
static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs)

thenCombine 方法核心参数 BiFunction ，作用与 Function一样，只不过 BiFunction 可以接受两个参数，而 Function 只能接受一个参数。

thenAcceptBoth 方法核心参数BiConsumer 作用也与 Consumer一样，不过其需要接受两个参数。

runAfterBoth  方法核心参数最简单，上面已经介绍过，不再介绍。

这三组方法只能完成两个任务 AND 汇聚关系，如果需要完成多个任务汇聚关系，需要使用 CompletableFuture#allOf，不过这里需要注意，这个方法是不支持返回任务结果。

AND 汇聚关系相关示例代码，开头已经使用过了，这里再粘贴一下，方便大家理解：

// 任务1.订购航班
CompletableFuture<String> orderAirplane = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {System.out.println("查询航班");sleep(3, TimeUnit.SECONDS);System.out.println("订购航班");return "航班信息";
});// 任务2.订购酒店
CompletableFuture<String> orderHotel = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {System.out.println("查询酒店");sleep(5, TimeUnit.SECONDS);System.out.println("订购酒店");return "酒店信息";
});// 任务3.任务1和任务2都完成，才能去订购租车服务
CompletableFuture<String> hireCar = orderHotel.thenCombine(orderAirplane, (airplane, hotel) -> {System.out.println("根据航班和酒店订购租车服务");sleep(5, TimeUnit.SECONDS);return "租车信息";
});// 等待任务3执行结果
System.out.println(hireCar.join());// 执行结果
查询航班
查询酒店
订购航班
订购酒店
根据航班和酒店订购租车服务
租车信息

3.OR 汇聚关系

有 AND 汇聚关系，当然也存在 OR 汇聚关系。OR 汇聚关系代表只要多个任务中任一任务完成，就可以接着接着执行下一任务。

CompletionStage 有以下接口描述这种关系：

// 同步
CompletableFuture<V> applyToEither(CompletionStage<U> other, Function<T,U> fn)
CompletableFuture<Void> acceptEither(CompletionStage<U> other, Consumer<T> action)
CompletableFuture<Void> runAfterEither(CompletionStage<U> other, Runnable action)// 异步
CompletableFuture<V> applyToEitherAsync(CompletionStage<U> other, Function<T,U> fn)
CompletableFuture<Void> acceptEitherAsync(CompletionStage<U> other, Consumer<T> action)
CompletableFuture<Void> runAfterEitherAsync(CompletionStage<U> other, Runnable action)// 多组任务
static CompletableFuture<Void> anyOf(CompletableFuture<?>... cfs)

前面三组接口方法传参与 AND 汇聚关系一致，这里也不再详细解释了。

当然 OR 汇聚关系可以使用 CompletableFuture#anyOf 执行多个任务。

下面示例代码展示如何使用 applyToEither 完成 OR 关系。

CompletableFuture<String> cf= CompletableFuture.supplyAsync(() -> {sleep(5, TimeUnit.SECONDS);return "hello,楼下小哥";
});// 1CompletableFuture<String> cf2 = cf.supplyAsync(() -> {sleep(3, TimeUnit.SECONDS);return "hello，程序通事";
});
// 执行 OR 关系
CompletableFuture<String> cf3 = cf2.applyToEither(cf, s -> s);// 输出结果，由于 cf2 只休眠 3 秒，优先执行完毕
System.out.println(cf2.join());
// 结果：hello，程序通事

 

4.异常处理

CompletableFuture  方法执行过程若产生异常，当调用 get，join获取任务结果才会抛出异常。

CompletableFuture<Integer> cf = CompletableFuture.supplyAsync(() -> (66/0)).thenApply(r -> r*10);System.out.println(cf.join());// java.util.concurrent.CompletionException:java.lang.ArithmeticException: / by zero

上面代码我们显示使用 try..catch 处理上面的异常。不过这种方式不太优雅，CompletionStage 提供几个方法，可以优雅处理异常。

// 同步
CompletableFuture<T> exceptionally(Function<Throwable, ? extends T> fn)
CompletableFuture<T> whenComplete(BiConsumer<T, ? super Throwable> action)
CompletableFuture<T> handle(BiFunction<T, Throwable, ? extends U> fn)// 异步
CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<T, ? super Throwable> action)
CompletableFuture<T> handleAsync(BiFunction<T, Throwable, ? extends U> fn)

exceptionally 使用方式类似于 try..catch 中 catch代码块中异常处理。

whenComplete 与 handle 方法就类似于 try..catch..finanlly 中 finally 代码块。无论是否发生异常，都将会执行的。这两个方法区别在于  handle  支持返回结果。

下面示例代码展示 handle 用法：

CompletableFuture<Integer>f0 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> (7 / 0)).thenApply(r -> r * 10).handle((integer, throwable) -> {// 如果异常存在,打印异常，并且返回默认值if (throwable != null) {throwable.printStackTrace();return 0;} else {// 如果return integer;}});System.out.println(f0.join());
/***java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.ArithmeticException: / by zero* .....* * 0*/

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