Java里面CompletableFuture详解

Future是Java5添加的类，用来描述一个异步计算的结果。可以用isDone方法来检查计算是否完成，或者使用get阻塞住调用线程，直至计算完成返回结果，也可以用cancel方法来停止任务的执行。

public class BasicFuture {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);
        Future<Integer> f = es.submit(() -> {
            // 长时间的异步计算
            // ...
            // 然后返回结果
            return 100;
        });
        f.get();
    }
}

Future以及相关使用方法提供了异步执行任务的能力，但对于结果的获取却是不方便，只能通过阻塞或轮询的方式得到任务结果。阻塞的方式与我们理解的异步编程其实是相违背的，而轮询又会耗无谓的CPU资源。而且还不能及时得到计算结果，为什么不能用观察者设计模式当计算结果完成及时通知监听者呢？

很多语言像Node.js，采用回调的方式实现异步编程。Java的一些框架像Netty，自己扩展Java的Future接口，提供了addListener等多个扩展方法：

ChannelFuture future = bootstrap.connect(new InetSocketAddress(host, port));
      future.addListener(new ChannelFutureListener()
      {
              @Override
              public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception
              {
                  if (future.isSuccess()) {
                      // SUCCESS
                  }
                  else {
                      // FAILURE
                  }
              }
      });

guava里面也提供了通用的扩展Future: ListenableFuture\SettableFuture以及辅助类Futures等，方便异步编程。

作为正统Java类库，是不是应该加点什么特性，可以加强一下自身库的功能？

Java8里面新增加了一个包含50个方法左右的类：CompletableFuture. 提供了非常强大的Future的扩展功能，可以帮助简化异步编程的复杂性，提供了函数式编程能力，可以通过回调的方式计算处理结果，并且提供了转换和组织CompletableFuture的方法。

主动完成计算

CompletableFuture 类实现了CompletionStage和Future接口，所以还是可以像以前一样通过阻塞或轮询的方式获得结果。尽管这种方式不推荐使用。

public T 	get()
public T 	get(long timeout, TimeUnit unit)
public T 	getNow(T valueIfAbsent)
public T 	join()

其中的getNow有点特殊，如果结果已经计算完则返回结果或抛异常，否则返回给定的valueIfAbsent的值。

join返回计算的结果或抛出一个uncheckd异常。

尽管Future可以代表在另外的线程中执行一段异步代码，但你还是可以在本身线程中执行：

创建CompletableFuture对象

CompletableFuture.compleatedFuture是一个静态辅助方法，用来返回一个已经计算好的CompletableFuture.

以下四个静态方法用来为一段异步执行的代码创建CompletableFuture对象：

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

以Async结尾并且没有指定Executor的方法会使用ForkJoinPool.commonPool() 作为它的线程池执行异步代码。

runAsync方法：它以Runnabel函数式接口类型为参数，所以CompletableFuture的计算结果为空。

supplyAsync方法以Supplier<U>函数式接口类型为参数，CompletableFuture的计算结果类型为U。

方法的参数类型都是函数式接口，所以可以使用lambda表达式实现异步任务。如：

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    //长时间的计算任务
    return "·00";
});

计算结果完成时的处理

当CompletableFuture的计算结果完成，或者抛出异常的时候，可以执行特定的Action。主要是下面的方法：

public CompletableFuture<T> 	whenComplete(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action)
public CompletableFuture<T> 	whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action)
public CompletableFuture<T> 	whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action, Executor executor)
public CompletableFuture<T>     exceptionally(Function<Throwable,? extends T> fn)

可以看到Action的类型是BiConsumer<? super T,? super Throwable>它可以处理正常的计算结果，或者异常情况。

方法不以Async结尾，意味着Action使用相同的线程执行，而Async可能会使用其他线程执行（如果是使用相同的线程池，也可能会被同一个线程选中执行）

public class BasicFuture {

    private static Random rand = new Random();
    private static long t = System.currentTimeMillis();

    static int getMoreData()  {
        System.out.println("begin to start compute");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("end to compute,passed " + (System.currentTimeMillis()-t));
        return rand.nextInt(1000);
    }


    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(BasicFuture::getMoreData);
        Future<Integer> f = future.whenComplete((v,e) -> {
            System.out.println(v);
            System.out.println(e);
        });
        System.out.println(f.get());
}}

下面一组方法虽然也返回CompletableFuture对象，但是对象的值和原来的CompletableFuture计算的值不同，当原先的CompletableFuture的值计算完成或抛异常的时候，会触发CompletableFuture对象的计算。

转换

CompletableFuture可以作为monad(单子)和functor. 由于回调风格的实现，我们不必因为等待一个计算完成而阻塞着调用线程，而是告诉CompletableFuture当计算完成的时候请执行某个Function. 还可以串联起来。

public <U> CompletableFuture<U> 	thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)
public <U> CompletableFuture<U> 	thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn)
public <U> CompletableFuture<U> 	thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn, Executor executor)

参考：

http://colobu.com/2016/02/29/Java-CompletableFuture/