Future、FutureTask、CompletableFuture简介

历史背景

• Future、FutureTask在java1.5版本提出，用于实现异步计算；

• ListenableFuture由Google Guava工具包提供的Future扩展类，便于异步计算；

• 紧随ListenableFuture，在JDK1.8提出CompletableFuture，是对Future的拓展，便于异步计算；

Future

Future是一个接口，方法如下：

• get方法，用于获得异步调用返回值
• isCancelled方法，用于检查执行是否被取消
• isDone方法，用于判断是否执行是否完成
• cancel方法，用于取消执行

ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 10L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(100));
Future<String> submit = threadPoolExecutor.submit(() -> {System.out.println("123");return "1";
});
submit.get();

FutureTask

实现了RunnableFuture接口（RunnableFuture接口继承Runnable和Future接口），拥有两个构造方法如下；

public FutureTask(Callable<V> callable) {if (callable == null)throw new NullPointerException();this.callable = callable;this.state = NEW;       // ensure visibility of callable}
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {this.callable = Executors.callable(runnable, result);this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
}

因为继承于Runnable所以可以直接交给线程池执行；如果使用FutureTask(Runnable runnable, V result)构造方法可以自己指定返回值

FutureTask<String> hello = new FutureTask<>(() -> {System.out.println("hello");
}, "123");
threadPoolExecutor.execute(hello);
assertEquals("123",hello.get());

FutureTask小结

FutureTask能很好的应用于有返回的异步调用；但是如果出现如下需求时则显得捉襟见肘：

• 无法手动完成：当调用远程服务时，如果发现远程服务出现问题，你需要将最近一次正常结果返回；这时使用Future就无法满足该需求。
• 无法添加回调方法：当调用远程服务结束后需要调用其它方法时，如果使用Future，则需要不断循环调用isDone方法判断是否完成；然后调用get获得结果，接着调用其它方法。
• 无法将多任务合并获得结果：当需要并行调用多个远程服务时，在获得返回结果时需要不断循环调用各future的isDone方法。
• 没有异常处理：Future API没有提供异常处理方法。

CompletableFuture

CompletableFuture是在Java1.8提出，实现了Future接口和CompletionStage接口。其中CompletionStage中包含多种处理方法用于异步计算、异常处理和计算结合等等，接下来将使用CompletableFuture解决上述问题。

问题一：无法手动完成

// 例一
CompletableFuture<String> completableFuture = new CompletableFuture();
completableFuture.complete("ok");
assertEquals(completableFuture.get(), "ok");
//例二
CompletableFuture<String> completableFuture1 = new CompletableFuture();
new Thread(() -> {completableFuture1.complete("ok");
}).start();
assertEquals(completableFuture1.get(), "ok");

completableFuture可调用complete方法手动完成，否则get方法将阻塞直到任务完成（计算完成或调用了completableFuture.complete("ok");）

小疑问：如果completableFuture调用了complete方法，原有线程还会继续执行吗？执行完成后的结果会修改complete设置的结果吗？

只要线程没结束，会继续执行！执行完毕后不会影响原有结果；

举例如下：

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<String>() {@Overridepublic String get() {try {Thread.sleep(2000L);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("运行了异步运行方法" + Thread.currentThread().getName());return "1231";}
});Thread.sleep(200L);
System.out.println("complete 之前");
future.complete("complete");
System.out.println("complete 之后");
assertEquals(future.get(), "complete");
Thread.sleep(4000L);
assertEquals(future.get(), "complete");
System.out.println("等待sout完成后，再次调用get");

运行结果：

complete 之前
complete 之后
运行了异步运行方法ForkJoinPool.commonPool-worker-1
等待sout完成后，再次调用get

在complete之后日志打印以后，还打印了异步线程的名称，这证明主线程调用sout.complete(“123”)方法后异步线程还在继续运行。但是如果去掉睡眠200毫秒，则会出现supplyAsync异步方法不会运行。

问题二：无法添加回调方法

CompletableFuture的thenApply方法可为异步方法添加一个回调方法，在CompletableFuture.supplyAsync中的异步方法执行完毕后，会立即执行thenApply中的同步函数。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {System.out.println(Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(1000L);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}return "123";
}).thenApply((string) -> {//      Executed in the same thread where the supplyAsync() task is executed//      or in the main thread If the supplyAsync() task completes immediately (Remove sleep() call to verify)System.out.println(Thread.currentThread().getName());return string + "123";
});
System.out.println("start get");
System.out.println(future.get());

注意：thenApply中的代码正常情况会被主线程执行，如果异步方法执行时间较长 ，thenApply中的方法会由CompletableFuture线程执行！

问题三：无法将多任务合并获得结果

CompletableFuture的静态方法allOf可以监控多个任务，使用方法如下：

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "234");
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "123");
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "345");
CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.allOf(future, future1,future2);
completableFuture.get();

如果只需要任意一个任务结束就返回？

CompletableFuture的静态方法anyO可以监控任意一个CompletableFuture完成，并立即执行后续方法，代码如下：

//public static CompletableFuture<Object> anyOf(CompletableFuture<?>... cfs)
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "234");
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "123");
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "345");
CompletableFuture<Object> objectCompletableFuture = CompletableFuture.anyOf(future, future1, future2);
completableFuture.get();

当任何一个CompletableFuture完成后，completableFuture.get()，都会立刻返回结果，否则主线程会一直阻塞

问题四：没有异常处理

CompletableFuture处理异常可采用handle方法来处理，该方法无论是否异常都会调用，使用方法如下：

CompletableFuture<String> handle = CompletableFuture.runAsync(() -> {System.out.println("123");
}).handle(new BiFunction<Void, Throwable, String>() {@Overridepublic String apply(Void unused, Throwable throwable) {if (null == throwable) {return "ok";} else {return "error";}}
});
assertEquals("ok",handle.get());

如果只需要在发生异常时调用？

可采用exceptionally方法来处理，使用方法如下：

CompletableFuture<String> exceptionally2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {int i = 1 / 0;return "123";
}).exceptionally(new Function<Throwable, String>() {@Overridepublic String apply(Throwable throwable) {return "error";}
});
assertEquals(exceptionally2.get(), "error");

其他功能点

runAsync方法和supplyAsync方法有何区别？

runAsync是不带返回值的异步方法；supplyAsync是带返回值的异步方法。

异步调用时，可以指定线程池吗？默认使用的什么线程？

默认使用的```ForkJoinPool.commonPool()``线程池；也可以在supplyAsync或runAsync中指定线程池。

public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier,Executor executor)
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,Executor executor)

如果需要等待两个任务完成，然后运行其它方法，如何处理？

首先可以使用allof方法，此外CompletableFuture还提供了thenCombine方法，该方法可以等待两个异步方法结束后立刻运行传入的函数，具体使用方法如下：

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "123");
CompletableFuture<String> other = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "456");
CompletableFuture<String> future = future1.thenCombine(other, (a, b) -> {return a + b;
});
assertEquals(future.get(), "123456");

如果回调方法不需要返回值，使用哪个方法？

thenAccept()可接受一个入参，没有返回值；thenRun()不接受入参，也没有返回值；示例代码如下：

CompletableFuture<Void> voidCompletableFuture1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {return "123";
}).thenRun(new Runnable() {@Overridepublic void run() {}
});
CompletableFuture<Void> voidCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {return "123";
}).thenAccept(new Consumer<String>() {@Overridepublic void accept(String s) {System.out.println(s);}
});

thenApply可以添加回调方法，thenCompose也可以添加回调方法，他们有什么区别？

具体详见代码如下，thenCompose接受的函数的返回值必须是CompletionStage的子类，而thenApply接受的函数的返回值可以是任意类型，但是thenApply会将该返回值再次包装到一个新的CompletableFuture中，所以下面两个代码都返回的CompletableFuture类型的数据。

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "123").thenCompose(new Function<String, CompletionStage<String>>() {@Overridepublic CompletionStage<String> apply(String s) {return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {return "456";});}
});
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "123").thenApply(new Function<String, String>() {@Overridepublic String apply(String s) {return "456";}
});

总结

• CompletableFuture初始化使用supplyAsync、runAsync或其他静态方法
• 如果回调函数不需要返回值且接受传参使用thenAccept方法
• 如果回调函数不需要返回值不接受传参使用thenRun方法
• 如果结合两个有依赖的futures使用thenCompose方法
• 如果结合两个独立的futures使用thenCombine方法
• 如果需要结合多个futures使用allof方法
• 如果回调函数不在主线程运行，则调用各自的 Async方法 例如thenApplyAsync、thenAcceptAsync、thenCombineAsync等
• 使用手动调用complete，CompletableFuture中的异步方法还会运行；且在complete调用后会立即运行该CompletableFuture接下来的操作

参考资料

completablefuture指导

https://www.baeldung.com/java-completablefuture

更加详细的举例

https://www.callicoder.com/java-8-completablefuture-tutorial/

关于listenableFuture的讲解

https://michaelbfullan.com/the-joys-of-guava-listenablefuture/

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