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：
- Future 完成后执行动作，或求取下一个 Future 的值。then...
- 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
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
AtomicReference<String> reference = new AtomicReference<>(); new Thread(() -> { //do something that is time-consuming reference.set("I'm done"); //任务完成完设置 reference 的值 }).start(); while(reference.get() == null) { //耐心的等待，直到 reference.get() 有值为止 } System.out.println("Finally, " + reference.get()); |
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
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 |
package cc.unmi; import java.util.concurrent.CompletableFuture; public class Main { public static void main(String[] args) { CompletableFuture<Double> futurePrice = getPriceAsync(); //do anything you want, 当前线程不被阻塞 System.out.println(111); //线程任务完成的话，执行回调函数，不阻塞后续操作 futurePrice.whenComplete((aDouble, throwable) -> { System.out.println(aDouble); //do something else }); System.out.println(222); } static CompletableFuture<Double> getPriceAsync() { CompletableFuture<Double> futurePrice = new CompletableFuture<>(); new Thread(() -> { try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } futurePrice.complete(23.55); }).start(); return futurePrice; } } |
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。
CompletableFuture 的 whenComplete() 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：
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
public static void main(string[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { CompletableFuture<Double> futurePrice = new CompletableFuture<>(); new Thread(() -> { if(true) { throw new RuntimeExeption(""); } futurePrice.complete(23.5); }).start(); System.out.println(futurePrice.get()); } |
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
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 |
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { CompletableFuture<Double> futurePrice = new CompletableFuture<>(); new Thread(() -> { try { if (true) { throw new RuntimeException("Something wrong"); } futurePrice.complete(23.5); } catch (Exception ex) { futurePrice.completeExceptionally(ex); //捕获的异常还会由 ExecutionException 包裹一下 } }).start(); System.out.println(futurePrice.get()); } |
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。
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { CompletableFuture<Double> futurePrice = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { if (true) { throw new RuntimeException("Something wrong"); } return 23.5; }, runnable -> new Thread(runnable).start()); System.out.println(futurePrice.get()); } |
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：
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 |
package cc.unmi; import java.io.IOException; import java.util.concurrent.CompletableFuture; import java.util.concurrent.CompletionStage; public class Main { public static void main(String[] args) throws IOException { CompletionStage<Double> futurePrice = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return 23.55; }); System.out.println(111); futurePrice.thenAccept(System.out::println); System.out.println(222); System.in.read(); } } |
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
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 |
package cc.unmi; import java.io.IOException; import java.util.concurrent.*; public class Main { public static void main(String[] args) throws IOException { ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool(); CompletionStage<Double> futurePrice = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return 23.55; }, executor); System.out.println(111); futurePrice.thenAccept(System.out::println); System.out.println(222); executor.shutdown(); } } |
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。
本文链接 https://yanbin.blog/java-8-completablefuture-brief-touch/, 来自 隔叶黄莺 Yanbin Blog
[版权声明] 
本文采用 署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际 (CC BY-NC-SA 4.0) 进行许可。
发生大