Java 8 CompletableFuture 浅入

Java 1.5 有了 Future, 可谓是跨了一大步,继而 Java 1.8 新加入一个 Future 的实现 CompletableFuture, 从此线程与线程之间可以愉快的对话了。最初两个线程间的协调我采用过 Object 的  wait() 和 notify() , Thread 的 join() 方法,那可算是很低级的 API 了,是否很多 Java 程序都不知道它们的存在,或根本没用过它们。

如果是简单的等待所有线程完成可使用 Java 1.5 的 CountDownLatch, 这里有一篇介绍 CountDownLatch 协调线程, 就是实现的 waitAll(threads) 功能。而 Java 8 的 CompletableFuture 的功能就多去,可简单使用它实现异步方法。虽说 CompletableFuture 实现了 Future 接口,但它多数方法源自于 CompletionStage, 所以还里氏代换,用 Future 来引用 CompletableFuture 实例就很牵强了; 这也是为什么 PlayFramework 自 2.5 开始直接暴露的类型是 CompletionStage 而非其他两个。

顾名思义,CompletableFuture 代表着一个 Future 完成后该干点什么,具体大致有:

  1. Future 完成后执行动作,或求取下一个 Future 的值。then...
  2. 多个 Future 的协调; 同时完成该怎么,其中一个完成该如何。allOf, anyOf

有时候可以把 Future 想像成与线程是一一对应的。

CompletableFuture 有太多太多的方法,并伴有 async 与 非 async 两个版本。本文之标题所谓 浅入, 确不敢说是深入浅出,而且要达到对 CompletableFuture 的基本了解亦非本文的目的。看完之后只能知道何以谓之 Completable, 不触及线程间的交互。

试想一下,如过不用 Future 或  CompletableFuture, 想要实现等待某个线程完成之后才做后续的事,可以预设一段时间 Thread.sleep(xxx) 停下来等待,这很不可靠,时间短了线程没完,长了浪费时间; 或者采用来自于 巩固 Java Future 的使用 最后一段代码的方式

当然,上面的代码改用 Future 来写会简单些,但仍然是调用 get() 来阻塞当前线程来等待,还每次要捕获 InterruptedException, ExecutionException 或 TimeoutException 异常。要是换作 CompletableFuture 来表述的话就更为直观,并且通过回调函数来处理后续操作,让代码行文更为流畅。

请看用 CompletableFuture 稍加润色的代码

getPriceAsync() 就是一个异步方法,调用后马上返回得到一个 futurePrice, 用 Thread.sleep(5000) 模拟成一个耗时操作,线程执行完才设置 futurePrice 为完成状态并赋予结果。

CompletableFuturewhenComplete() 也是异步的,所以我们能看到输出结果如下

111
222
23.55

如果我们实际使用 CompletableFuture 时不调用 Future 接口的 get() 等方法,上面的引用类型可以改成 CompletationStage, 以免受 get() 等方法的干扰。

CompletableFuture 的异常处理

如果在设置 CompletableFuture.complete(value) 之前出现了异常,那么 get() 或其他回调函数像 whenComplete() 都会无限期的等待下去。例如下面的代码:

上面代码执行后可以在控制台看到异常输出 java.lang.RuntimExeption(), 但是异常并不会在线程间传播,所以 futurePrice.get() 一直在等待。

办法一是调用 get(timeout) 时给定一个超时时间,如果指定时间内还没有获得结果则得到 TimeoutException。另一种办法是要在线程中通过 completeExceptionally(ex) 来传播异常

这时候在 futurePrice.get() 马上就能收到 java.util.concurrent.ExecutionException: java.lang.Exception: Something wrong 异常

程序在捕获到异常到终止,异常类型是 ExecutionException, 而不是原始的 RuntimeExeption。

现实中我们不会这么去构造并管理 CompletableFuture, 但上面对我们理解它还是有帮助的。我们多用 supplyAsync(...) 静态方法来获得 CompletableFuture 实例,因为它同时给我们处理了 completeExceptionally(ex) 的细节,所以上面的代码效果等同于下面的写法,执行后的效果也是一致的。

因此,只要调用方法 CompletableFuture.supplyAsync(job), 这个 job 便会在在分配到了线程后立即执行,无须等待后面的 thenAccept() 等操作。

前面的代码都是显式的用 new Thread(...).start() 来启动线程,如今我会尽量避免用这种方式来启动线程,而是用 Java 1.5 的 ExecutorService, 所以再加以改造:

同样的输出结果。但如果把上面的 System.in.read() 移除掉,将看不到 23.55 的输出程序就直接退出了,为什么了呢?因为 CompletableFuture.supplyAsync() 方法默认把任务提交到 ForkJoinPool 线程池中执行,而它的线程设置了 daemon 属性为 true, 所以它阻止不了主线程的退出,才用 System.in.read() 维持主线程的执行。如果换成别的线程池类型就可不需要代码 System.in.read(),  再变

executor.shutdown() 并不是立即关掉线程池,而是采取更温柔, 安全的方式,等线程池中没有正在执行的任务时才关闭,从而结束主程序。

如果要深入了解 CompletableFuture 的用法更应该关注它的几个静态方法,以及 CompletionStage 接口中定义的所有法。

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