背景知識
要理解 CompletableFuture，首先要弄懂什麼是 Future。因爲後者是前者的擴展。本文並不打算詳細的介紹 Future，畢竟不是本文的重點。
Future是java1.5增加的一個接口，提供了一種異步並行計算的能力。比如說主線程需要執行一個複雜耗時的計算任務，我們可以通過future把這個任務放在獨立的線程（池）中執行，然後主線程繼續處理其他任務，處理完成後再通過Future獲取計算結果。
這裏通過一個簡單的示例帶你理解下 Future。
我們有兩個服務，一個是用戶服務可以獲取用戶信息，一個是地址服務，可以通過用戶id獲取地址信息。如下，
@AllArgsConstructor
@Data
public class PersonInfo {
private long id;
private String name;
private int age;
}
public class PersonService {
public PersonInfo getPersonInfo(Long personId) throws InterruptedException {
Thread.sleep(500);//模擬調用耗時
//真實項目中，這裏大部分時候是通過dao從數據庫獲取
return new PersonInfo(personId, "zhangsan", 30); //返回一條
}
}
@AllArgsConstructor
public class AddressInfo {
private String addressLine;
private String city;
private String province;
private String country;
}
public class AddressService {
public AddressInfo getAddress(long personId) throws InterruptedException {
Thread.sleep(600); //模擬調用耗時
System.out.println("id:" + personId);
//真實項目中，這裏大部分時候是通過dao從數據庫獲取
return new AddressInfo("勝利大街143號", "北京市", "北京", "中國");
}
}
然後我們演示下如何在主線程使用 Future 來進行異步調用。
public class FutureTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
long startTime = System.currentTimeMillis();
PersonService personService = new PersonService();
AddressService addressService = new AddressService();
long personId = 100L;
//調用用戶服務獲取用戶基本信息
FutureTask<PersonInfo> personInfoFutureTask = new FutureTask<>(new Callable<PersonInfo>() {
@Override
public PersonInfo call() throws Exception {
return personService.getPersonInfo(personId);
}
});
new Thread(personInfoFutureTask).start();
Thread.sleep(300); //模擬主線程其它操作耗時
FutureTask<AddressInfo> addressInfoFutureTask = new FutureTask<>(new Callable<AddressInfo>() {
@Override
public AddressInfo call() throws Exception {
return addressService.getAddress(personId);
}
});
new Thread(addressInfoFutureTask).start();
PersonInfo personInfo = personInfoFutureTask.get();//獲取個人信息結果
AddressInfo addressInfo = addressInfoFutureTask.get();//獲取地址信息結果
System.out.println("總共用時" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
}
}
輸出：
總共用時909ms
很明顯，如果我們不使用 Future，而是在主線程串行的調用，耗時會是 500 + 300 + 600 = 1400 毫秒。通過 Future提供的異步計算功能，我們可以多個任務並行的執行，從而提高執行效率。
我希望你能仔細的看上面的這個示例，因爲後面講到 CompletableFuture 我會使用同一個示例。
基本介紹
通過上面的例子來看，似乎 Future 本身已經很強大了。那麼 CompletableFuture 又是做啥的呢？
雖然Future以及相關使用方法提供了異步執行任務的能力，但是對於結果的獲取卻是很不方便，只能通過阻塞或者輪詢的方式得到任務的結果。在上面的示例中，personInfoFutureTask.get() 就是阻塞調用，在線程獲取結果之前get方法會一直阻塞。
輪詢的方式在上面的示例中沒有，其實也很簡單。是Future提供了一個isDone方法，我們可以在程序中不斷的輪詢這個方法查詢執行結果。
但是，無論是阻塞方式還是輪詢方式，都不夠好。
- 阻塞的方式和異步編程的初衷相違背
- 輪詢的方式會耗費無謂的CPU資源
正是在這樣的背景下，CompletableFuture 在java8橫空出世。CompletableFuture提供了一種機制可以讓任務執行完成後通知監聽的一方，類似設計模式中的觀察者模式。
使用示例
首先我們來看看，上面Future那個示例，如果是用 CompletableFuture 該怎麼做？
我先給出代碼，
public class CompetableFutureTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
long startTime = System.currentTimeMillis();
PersonService personService = new PersonService();
AddressService addressService = new AddressService();
long personId = 100L;
CompletableFuture<PersonInfo> personInfoCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> personService.getPersonInfo(personId));
CompletableFuture<AddressInfo> addressInfoCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> addressService.getAddress(personId));
Thread.sleep(300); //模擬主線程其它操作耗時
PersonInfo personInfo = personInfoCompletableFuture.get();//獲取個人信息結果
AddressInfo addressInfo = addressInfoCompletableFuture.get();//獲取地址信息結果
System.out.println("總共用時" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
}
}
首先我們實現同樣的功能代碼簡潔很多。supplyAsync 支持異步地執行我們指定的方法，這個例子中的異步執行方法是調用service。我們也可以使用 Executor 執行異步程序，默認是 ForkJoinPool.commonPool()。
另外通過這個示例，可以發現我們完全可以使用 CompletableFuture 代替 Future。
當然 CompletableFuture 的功能遠不止與此，不然它的存在就沒有意義了。CompletableFuture 提供了幾十種方法輔助我們操作異步任務，用好了這些方法可以寫出更加簡潔，高效的代碼。比如下面這個例子：
CompletableFuture<PersonInfo> personInfoCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> personService.getPersonInfo(personId));
CompletableFuture<AddressInfo> addressInfoCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> addressService.getAddress(personId));
final CompletableFuture<Void> completableFutureAllOf =
CompletableFuture.allOf(personInfoCompletableFuture, addressInfoCompletableFuture);
completableFutureAllOf.get(); //執行時間以最長那個任務爲準
PersonInfo personInfo = personInfoCompletableFuture.get();//馬上返回
AddressInfo addressInfo = addressInfoCompletableFuture.get();//馬上返回
這個示例中，allOf可以讓我們把多個異步任務結果的獲取整合起來，這樣操作更簡單，代碼更簡潔。
前面提到了它可以解決的痛點，就是提供了一種類似觀察者模式的機制，當異步的計算結果完成後可以通知監聽者。下面來看個示例，
CompletableFuture<PersonInfo> personInfoCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> personService.getPersonInfo(personId));
CompletableFuture<AddressInfo> addressInfoCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> addressService.getAddress(personId));
final CompletableFuture<Void> completableFutureAllOf =
CompletableFuture.allOf(personInfoCompletableFuture, addressInfoCompletableFuture);
//監聽執行結果，整合兩個任務的結果進一步處理
final CompletableFuture<PersonAndAddress> personAndAddressCompletableFuture = completableFutureAllOf.thenApply((voidInput) ->
new PersonAndAddress(personInfoCompletableFuture.join(), addressInfoCompletableFuture.join()));
personAndAddressCompletableFuture.join();//以時間長的任務爲準
在上面這個示例中，當兩個異步任務執行完畢後，我們可以通過thenApply監聽到結果並進行處理。
CompletableFuture 還有很多好玩有用的功能，如果感興趣可以自行研究下。
總結
通過前面的講解，你應該對 Future 以及它的擴展接口 CompletableFuture 都有了比較深入的認識。
我個人的建議是如果你的項目是基於java8，大部分情況你應該用後者而不是前者。如果你的項目是java8之前的版本，也建議你使用第三方的工具比如 Guava 等框架提供的Future工具類。
參考：
- https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-cf-of-jdk8/index.html
關注公衆號：犀牛飼養員的技術筆記
個人博客：http://www.machengyu.net
csdn博客: https://blog.csdn.net/pony_maggie
思否: https://segmentfault.com/u/machengyu/articles