JDK17 CompletableFuture 一 调用

背景

Java的异步并发Future接口表示异步计算的结果。CompletableFuture是对Future接口的增强，它实现CompletionStage接口，允许链式组合异步操作，组合多个异步任务的结果，处理异常情况，任务结束时执行回调方法。

CompletableFuture定义与用法

public class CompletableFuture<T> implements Future<T>, CompletionStage<T> {
   
    volatile Object result;       // Either the result or boxed AltResult
    volatile Completion stack;
}

CompletableFuture类有2个成员变量，volatile修饰符保证多线程环境下变量可见性。result表示当前任务的结果，可能是正常结果，可能是异常对象。stack是当前任务确定结果后接下来所有执行的任务栈。

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

常用的创建方法中，supplyAsync有返回值，runAsync没有返回值(返回值类型为Void)。async表示异步，即runnable任务不由调用线程执行，而是由线程池执行。
默认线程池是ForkJoinPool，这是一个全局唯一的线程池。为了管理任务，建议对不同类型任务分别分配线程池。

Completion

abstract static class Completion extends ForkJoinTask<Void>
        implements Runnable, AsynchronousCompletionTask {
   
	volatile Completion next;
	abstract CompletableFuture<?> tryFire(int mode);
	abstract boolean isLive();
    public final void run()                {
    tryFire(ASYNC); }
    public final boolean exec()            {
    tryFire(ASYNC); return false; }
    public final Void getRawResult()       {
    return null; }
    public final void setRawResult(Void v) {
   }
}

Completion是CompletableFuture的内部类。CompletableFuture强调存储任务结果，而Completion强调计算单个任务以及组合多个任务，强调动作，所以它继承Runnable，可以异步执行。例子：

ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 5, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(5));
CompletableFuture base = new CompletableFuture();
base.thenApply(u -> {
   
    return "h";
});
base.thenAcceptAsync(s -> System.out.println(s), executor);
base.thenRunAsync(() -> System.out.println("c"), executor);
// 时间点1
base.complete("s");

程序运行到时间点1，base任务还没完成(等base.complete("s")结束base对象的result=s才算完成)，它将三个thenXxx()方法装在栈里，以便将来调用，关系如图。每个thenXxx()方法都对应一个Completition对象，后调用的方法在栈顶，先调用的在栈底。栈的底层是链表。stack表示当前任务完成后将要执行的任务，即栈顶元素。
注意：这里的栈是Treiber stacks，用CAS原子性更改栈顶元素，实现线程安全地更改栈。

源码中thenApply()方法对应的不是Completion类本身，而是它的子类UniApply类。Completion的子类很多，如下图，它们的区别是

1. 输入不同。比如Uni开头的子类表示1个输入，Bi开头的子类表示2个输入。比如UniApply接收Function类型任务，UniRun接受Runnable类型任务。
2. 功能不同。比如BiRun表示两个输入都已运算结束才行，OrRun表示其中1个结束就行。比如Signaller类用于当前线程挂起后(比如get()方法)将来唤醒本线程(就是执行LockSupport.unpark(本线程对象))。
   
   图片来自https://tech.meituan.com/2022/05/12/principles-and-practices-of-completablefuture.html。

thenApplyAsync方法

以CompletableFuture#thenApplyAsync()为例，分析执行流程。如果前置任务已经有结果，那么不加入stack栈，直接运算，如果前置任务还没算完，那么用unipush()方法加入栈。

public <