Java并发之Future增强
Future接口可以构建异步应用,但依然有其局限性。它很难直接表述多个Future 结果之间的依赖性。实际开发中,我们经常需要达成以下目的:
- 将两个异步计算合并为一个——这两个异步计算之间相互独立,同时第二个又依赖于第一个的结果。
- 等待 Future 集合中的所有任务都完成。
- 仅等待 Future集合中最快结束的任务完成(有可能因为它们试图通过不同的方式计算同一个值),并返回它的结果。
- 通过编程方式完成一个Future任务的执行(即以手工设定异步操作结果的方式)。
- 应对 Future 的完成事件(即当 Future 的完成事件发生时会收到通知,并能使用 Future 计算的结果进行下一步的操作,不只是简单地阻塞等待操作的结果)
CompletableFuture
JDK1.8才新加入的一个实现类CompletableFuture
,实现了Future<T>
接口和 CompletionStage<T>
接口。
CompletionStage<T>
CompletionStage<T>
是一个接口,从命名上看得知是一个完成的阶段,它里面的方法也标明是在某个运行阶段得到了结果之后要做的事情。
创建CompletableFuture对象
CompletableFuture.completedFuture是一个静态辅助方法,用来返回一个已经计算好的CompletableFuture。
1 | public static <U> CompletableFuture<U> completedFuture(U value); |
而以下四个静态方法用来为一段异步执行的代码创建CompletableFuture对象:
1 | public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable) |
以Async结尾并且没有指定Executor的方法会使用ForkJoinPool.commonPool()作为它的线程池执行异步代码。runAsync方法也好理解,它以Runnable函数式接口类型为参数,所以CompletableFuture的计算结果为空。supplyAsync方法以Supplier<U>
函数式接口类型为参数,CompletableFuture的计算结果类型为U。
API
以下方法不以Async结尾,意味着Action使用相同的线程执行,而Async可能会使用其它的线程去执行(如果使用相同的线程池,也可能会被同一个线程选中执行)。
变换
1 | public <U> CompletionStage<U> thenApply(Function<? super T,? extends U> fn); |
上面的方法都是可以异步执行的,如果指定了线程池,会在指定的线程池中执行,如果没有指定,默认会在ForkJoinPool.commonPool()中执行,关键的入参只有一个Function,它是函数式接口,所以使用Lambda表示起来会更加优雅。它的入参是上一个阶段计算后的结果,返回值是经过转化后结果。
1 | public void thenApply() { |
消费
1 | public CompletionStage<void> thenAccept(Consumer<? super T> action); |
thenAccept是针对结果进行消耗,因为他的入参是Consumer,有入参无返回值。例如:
1 | public void thenAccept(){ |
对上一步的计算结果不关心,执行下一个操作
1 | public CompletionStage<void> thenRun(Runnable action); |
thenRun它的入参是一个Runnable的实例,表示当得到上一步的结果时的操作。例如:
1 | public void thenRun(){ |
结合两个CompletionStage的结果,进行转化后返回
1 | public <U,V> CompletionStage<V> thenCombine(CompletionStage<? extends U> other,BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn); |
它需要原来的处理返回值,并且other代表的CompletionStage也要返回值之后,利用这两个返回值,进行转换后返回指定类型的值。
1 | public void thenCombine() { |
结合两个CompletionStage的结果,进行消耗
1 | public <U> CompletionStage<Void> thenAcceptBoth(CompletionStage<? extends U> other,BiConsumer<? super T, ? super U> action); |
它需要原来的处理返回值,并且other代表的CompletionStage也要返回值之后,利用这两个返回值,进行消耗。
1 | public void thenAcceptBoth() { |
在两个CompletionStage都运行完执行
1 | public CompletionStage<Void> runAfterBoth(CompletionStage<?> other,Runnable action); |
不关心这两个CompletionStage的结果,只关心这两个CompletionStage执行完毕,之后在进行操作(Runnable)。
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两个CompletionStage,谁计算的快,我就用那个CompletionStage的结果进行下一步的转化操作
1 | public <U> CompletionStage<U> applyToEither(CompletionStage<? extends T> other,Function<? super T, U> fn); |
我们现实开发场景中,总会碰到有两种渠道完成同一个事情,所以就可以调用这个方法,找一个最快的结果进行处理。
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两个CompletionStage,谁计算的快,我就用那个CompletionStage的结果进行下一步的消耗操作
1 | public CompletionStage<void> acceptEither(CompletionStage<? extends T> other,Consumer<? super T> action); |
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两个CompletionStage,任何一个完成了都会执行下一步的操作(Runnable)
1 | public CompletionStage<void> runAfterEither(CompletionStage<?> other,Runnable action); |
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当运行时出现了异常,可以通过exceptionally进行补偿
1 | public CompletionStage<T> exceptionally(Function<Throwable, ? extends T> fn); |
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当运行完成时,对结果的记录
这里的完成时有两种情况:
- 一种是正常执行,返回值。
- 另外一种是遇到异常抛出造成程序的中断。
这里为什么要说成记录,因为这几个方法都会返回CompletableFuture,当Action执行完毕后它的结果返回原始的CompletableFuture的计算结果或者返回异常。所以不会对结果产生任何的作用。
1 | public CompletionStage<T> whenComplete(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action); |
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这里也可以看出,如果使用了exceptionally,就会对最终的结果产生影响,它没有返回如果没有异常时的正确的值,这也就引出下面我们要介绍的handle。
运行完成时,对结果的处理。
这里的完成时有两种情况,一种是正常执行,返回值。另外一种是遇到异常抛出造成程序的中断。
1 | public <U> CompletionStage<U> handle(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn); |
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CompletableFuture 自带多任务组合方法allOf和anyOf
- allOf是等待所有任务完成,构造后CompletableFuture完成
- anyOf是只要有一个任务完成,构造后CompletableFuture就完成
1 | public static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs) |
静态方法allOf能够创建一个返回值为空的CompletableFuture,当其所有的组件均完成时,它也会达到完成状态。(join方法通常用来返回某个CF的结果,为了查看allOf方法所组合起来的所有CF的结果,必须要对其进行单独地查询。)
1 | // 为了获取allof的返回值,使用如下方案 |
常用多线程并发,取结果归集的几种实现方案
描述 | Future | FutureTask | CompletionService | CompletableFuture |
---|---|---|---|---|
原理 | Future接口 | 接口RunnableFuture的唯一实现类,RunnableFuture接口继承自Future+Runnable | 内部通过阻塞队列+FutureTask接口 | JDK8实现了Future, CompletionStage两个接口 |
多任务并发执行 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 |
获取任务结果的顺序 | 按照提交顺序获取结果 | 未知 | 支持任务完成的先后顺序 | 支持任务完成的先后顺序 |
异常捕捉 | 自己捕捉 | 自己捕捉 | 自己捕捉 | 原生API支持,返回每个任务的异常 |
建议 | CPU高速轮询,耗资源,可以使用 | 功能不对口,并发任务这一块多套一层,不推荐使用 | 推荐使用,没有JDK8CompletableFuture之前最好的方案 | API丰富,配合流式编程,推荐 |