目录

一、Future接口

二、Future接口的功能

三、FutureTask

四、CompletableFuture背景及使用

4.1、CompletionStage

 4.2、CompletableFuture

4.3、四个静态方法 

4.4、减少阻塞和轮询

4.5、使用CompletableFuture完成电商大比价

 五、CompletableFuture常用API

5.1、获取结果

5.2、主动触发计算

5.3、对计算结果进行处理

5.4、对计算结果进行消费

5.5、对计算速度进行选用

5.6、对计算结果合并

---

一、Future接口

Future接口(FutureTask实现类)定义了操作异步任务执行一些方法，如获取异步任务的执行结果，取消任务的执行，判断任务是否被取消，判断任务执行是否完毕等。

如：主线程让一个子线程去执行任务，子线程在执行过程中过于耗时，启动子线程开始执行任务后，主线程就去做其他事情，当主线程将需要其他实现做完后，等一会再去获取子任务系统的执行结果或变更的任务状态。

小结：Future接口可以为主线程开一个分支任务，专门为主线程处理耗时和费力的复杂业务。

二、Future接口的功能

Future是Java5新加的一个接口，它提供了一种异步并行计算功能。如果主线程需要执行一个很耗时的计算任务，我们可以通过Future把这个任务放到异步线程中执行。主线程继续处理其他任务或者先行结束，再通过Future获取计算结果。

目的：异步多线程任务执行且返回结果，三个特点：多线程、有返回、异步任务

三、FutureTask

架构图 :

 使用并实现异步任务：

public class FutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new MyThread());
        Thread t1 = new Thread(futureTask,"t1");
        t1.start();
        //获取结果
        System.out.println(futureTask.get());
    }
}

class MyThread implements Callable<String>{

    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println("调用call()。。。。");
        return "hello year";
    }
}

优点：future+线程池异步多线程任务配合，能显著提高程序的执行效率

public class FutureTaskPoolTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        FutureTask<String > task1 = new FutureTask<String>(() -> {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "task1 over";
        });
        executorService.submit(task1);
        FutureTask<String > task2 = new FutureTask<String>(() -> {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "task2 over";
        });
        executorService.submit(task2);
        System.out.println(task1.get());
        System.out.println(task2.get());
        FutureTask<String > task3 = new FutureTask<String>(() -> {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "task3 over";
        });
        executorService.shutdown();
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗时:"+(endTime - startTime)+"毫秒");//耗时:563毫秒
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t .....end");
    }
    public static void m(){
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗时:"+(endTime - startTime)+"毫秒");//耗时:1022毫秒
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t .....end");
    }
}

 缺点：get()阻塞，一旦调用get()方法求结果，如果计算没有完成很容易导致程序阻塞。

public class FutureTask01 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, TimeoutException {
        FutureTask<String> task = new FutureTask<String>(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t ...start");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
           return "task ok";
        });
        Thread thread = new Thread(task,"task");
        thread.start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t ...其他任务");
        //System.out.println(task.get());
        //也可以设置超时不继续等
        System.out.println(task.get(4,TimeUnit.SECONDS));
    }
}

isDone()轮询：轮询的方式会耗费无谓的CPU资源，而且也不见得能及时地得到计算结果。如果想要异步获取结果，通常都会以轮询地方式去获取结果尽量不要阻塞。

public class FutureTask01 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, TimeoutException {
        FutureTask<String> task = new FutureTask<String>(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t ...start");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
           return "task ok";
        });
        Thread thread = new Thread(task,"task");
        thread.start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t ...其他任务");
        //System.out.println(task.get());
        //也可以设置超时不继续等
        //System.out.println(task.get(4,TimeUnit.SECONDS));
        while (true){
            if (task.isDone()){
                System.out.println(task.get());
                break;
            }else {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
                System.out.println("正在拼命处理中。。。");
            }
        }
    }
}

 总结：Future对于结果地获取不是很友好，只能通过阻塞或轮询地方式获取结果

四、CompletableFuture背景及使用

get()方法在Future计算完成之前一直处于阻塞状态下，isDone()方法容易耗费CPU资源，对于真正地异步处理我们希望是可以通过传入回调函数，在Future结束时自动调用该回调函数，这样，我们就不用等待结果。

阻塞的方式和异步编程的设计理念违背，而轮询的方式会耗费无谓的CPU资源。因此，JDK8设计出CompletableFuture。

CompletableFuture提供了一种观察者模式类似的机制，可以让任务执行完成后通知监听的一方 

类架构图： 

4.1、CompletionStage

代表异步计算过程中的某一个阶段，一个阶段完成后可能会触发另外一个阶段，有些类似Linux系统的管道分割符传递参数。

一个阶段的计算执行可以是一个Future，Consumer，或者Runnable。

一个阶段的执行可能是被单个阶段的完成触发，也可能是由多个阶段一起触发。

 4.2、CompletableFuture

1、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。

2、它可能代表一个明确完成的Future，也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和执行某些动作。

3、它实现了Future和CompletionStage接口。

4.3、四个静态方法 

runAsync无返回值：

public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable)
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,Executor executor)

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        System.out.println(completableFuture.get());
    }
}

 

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },pool);
        System.out.println(completableFuture.get());
        pool.shutdown();
    }
}

 

 supplyAsync有返回值：

public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier,Executor executor)

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
           return "future ok";
        });
        System.out.println(completableFuture.get());
    }
}

 

public class CompletableFutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
           return "future ok";
        },pool);
        System.out.println(completableFuture.get());
        pool.shutdown();
    }
}

 

 上述Executor executor参数：没有指定Executor的方法，直接使用默认的ForkJoinPool.commonPool()作为它的线程池执行异步代码。如果指定线程池，则使用我们自定义的或者特别指定的线程池执行异步代码。

4.4、减少阻塞和轮询

从Java8开始引进了CompletableFuture，它是Future的功能增强版，减少阻塞和轮询可以传入回调对象，当异步任务完成或者发生异常时，自动调用回调对象的回调方法。

public class CompletableFutureDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //线程池建议自己创建
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        try {
            CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                int result = ThreadLocalRandom.current().nextInt(20);
                if (result > 5){
                    int i = 1/0;
                }
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("计算结果需要1秒" + result);
                return result;
            },pool).whenComplete((v,e) ->{
                if (e == null){
                    System.out.println("----计算完成的值为：" + v);
                }
            }).exceptionally(e ->{
                e.printStackTrace();
                System.out.println("异常情况：" + e.getCause()+ "\t" + e.getMessage());
                return null;
            });
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "先去执行别的任务");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            pool.shutdown();
        }

        //主线程不要立刻结束，不然CompletableFuture使用的线程池会立刻关闭掉，这里可先暂停3秒
//        try {
//            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
    }
}

优点：1、异步任务结束时，会自动回调某个对象的方法。2、主线程设置好回调后，不再关心异步任务的执行，异步任务之间可以顺序执行。3、异步任务出错时，会自动回调某个对象的方法。

4.5、使用CompletableFuture完成电商大比价

public class CompletableFutureMall {
    static List<NetMall> list = Arrays.asList(
      new NetMall("jd"),
      new NetMall("taobao"),
      new NetMall("dangdang")
    );
    //一家家搜索
    public static List<String> getPrice(List<NetMall> list,String productName){
       return list
               .stream()
               .map(netMall ->
                       String.format(productName + " in %s price is %.2f",
                               netMall.getNetMallName(),
                               netMall.calcPrice(productName)))
               .collect(Collectors.toList());
    }
    //异步搜索
    public static List<String> getPriceByCompletableFuture(List<NetMall> list,String productName){
        return list.stream().map(netMall ->
                CompletableFuture.supplyAsync(() ->String.format(productName + " in %s price is %.2f",
                netMall.getNetMallName(),
                netMall.calcPrice(productName))))
                .collect(Collectors.toList())
                .stream()
                .map(s -> s.join())
                .collect(Collectors.toList());
    }
    public static void main(String[] args) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        List<String> stringList = getPrice(list, "java");
        for (String element:stringList) {
            System.out.println(element);
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗时:" + (end - start) + "毫秒");

        System.out.println("改进后的方法:");
        long start1 = System.currentTimeMillis();
        List<String> strings = getPriceByCompletableFuture(list, "java");
        for (String element:strings) {
            System.out.println(element);
        }
        long end1 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("耗时:" + (end1 - start1) + "毫秒");
    }
}

class NetMall{
    private String netMallName;

    public String getNetMallName() {
        return netMallName;
    }

    public NetMall(String netMallName) {
        this.netMallName = netMallName;
    }
    public double calcPrice(String productName){
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return ThreadLocalRandom.current().nextDouble() * 2 + productName.charAt(0);
    }
}

 五、CompletableFuture常用API

5.1、获取结果

public class CompletableFutureAPI {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, TimeoutException {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "计算完成";
        });
       // System.out.println(completableFuture.get());//调用就必须给值
//        System.out.println(completableFuture.get(0,TimeUnit.SECONDS));//调用后，只获得等待时间内的值
//        System.out.println(completableFuture.join());//与get方法一样
        System.out.println(completableFuture.getNow("替代值111"));//立即获取结果不阻塞，计算完，返回计算完的值，否则就返回替代值

    }
}

5.2、主动触发计算

public class CompletableFutureAPI {
    public static void main(String[] args) {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "计算完成";
        });
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //当调用completableFuture.join()被阻塞时，complete方法返回true，并将里面的值赋给join方法并返回
        System.out.println(completableFuture.complete("yyds" )+"\t" + completableFuture.join());

    }
}

5.3、对计算结果进行处理

thenApply：计算结果存在依赖关系，这两个线程串行化

public class CompletableFutureAPI2 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        CompletableFuture<Integer> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("111");
            return 1;
        },pool).thenApply(f ->{
            System.out.println("222");
            return f + 2;
        }).thenApply(f ->{
            System.out.println("333");
            return f + 3;
        }).whenComplete((v,e) ->{
            if (e == null){
                System.out.println("计算结果:" + v);
            }
        }).exceptionally(e -> {
            e.printStackTrace();
            System.out.println(e.getMessage());
            return null;
        });
        pool.shutdown();
    }
}

由于存在依赖关系，当前步骤有异常的话就叫停。

public class CompletableFutureAPI2 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        CompletableFuture<Integer> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("111");
            return 1;
        },pool).handle((f,e) ->{
            System.out.println("222");
            int i = 1/0;
            return f + 2;
        }).handle((f,e) ->{
            System.out.println("333");
            return f + 3;
        }).whenComplete((v,e) ->{
            if (e == null){
                System.out.println("计算结果:" + v);
            }
        }).exceptionally(e -> {
            e.printStackTrace();
            System.out.println(e.getMessage());
            return null;
        });
        pool.shutdown();
    }
}

有异常也可以往下一步走，根据带的异常参数可以进。

5.4、对计算结果进行消费

public class CompletableFutureAPI3 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(CompletableFuture.supplyAsync(() -> "resultA").thenRun(() -> {
        }).join());
        System.out.println(CompletableFuture.supplyAsync(() -> "resultA").thenAccept(r -> System.out.println(r)).join());
        System.out.println(CompletableFuture.supplyAsync(() -> "resultA").thenApply(r -> r+"resultB").join());

    }
}

CompletableFuture与线程池的选择

public class CompletableFutureAPI4 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(6);
        try {
            CompletableFuture.supplyAsync(() ->{
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("1号任务\t"+Thread.currentThread().getName());
                return "aa";
            },pool).thenRunAsync(()->{
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("2号任务\t"+Thread.currentThread().getName());
            }).thenRun(()->{
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(20);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("3号任务\t"+Thread.currentThread().getName());
            }).thenRun(()->{
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("4号任务\t"+Thread.currentThread().getName());
            });
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            pool.shutdown();
        }
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    }
}

1、没有传入自定义线程池，都使用默认线程池。

2、传入了一个自定义线程池，当执行第一个任务的时候，传入一个自定义线程池：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自己传入的线程池，第二个任务使用是默认线程池。

3、有可能系统处理太快，系统优化切换原则，直接使用main线程处理。

5.5、对计算速度进行选用

public class CompletableFutureAPI5 {
    public static void main(String[] args) {
        CompletableFuture<String> futureA = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "A完成了";
        });
        CompletableFuture<String> futureB = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "B完成了";
        });
        CompletableFuture<String> completableFuture = futureA.applyToEither(futureB, f -> {
            return f + "领先";
        });
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + completableFuture.join());

    }
}

5.6、对计算结果合并

public class CompletableFutureAPI6 {
    public static void main(String[] args) {
        CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return 10;
        });
        CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return 20;
        });
        CompletableFuture<Integer> result = future1.thenCombine(future2, (x, y) -> {
            System.out.println("两个结果开始合并");
            return x + y;
        });
        System.out.println(result.join());
    }
}