Java异步编程CompletableFuture(串行,并行,批量执行)

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一、什么是CompletableFuture?

    在Java中CompletableFuture用于异步编程，异步编程是编写非阻塞的代码，运行的任务在一个单独的线程，与主线程隔离，并且会通知主线程它的进度，成功或者失败。在这种方式中，主线程不会被阻塞，不需要一直等到子线程完成。主线程可以并行的执行其他任务。 使用这种并行方式，可以极大的提高程序的性能。

CompletableFuture 是 Java 8 引入的一个类，用于简化异步编程模型。它是 Future 接口的一个增强版本，提供了更加丰富的功能和更灵活的用法

   CompletableFuture是一个Java库中的类，用于处理异步编程。它提供了一种简化异步操作的方式，可以更方便地编写异步代码，并处理异步任务的结果。

   使用CompletableFuture可以简化异步编程的复杂性，并提供更灵活和强大的功能。它是Java 8中新增的功能之一，为开发者提供了更好的异步编程体验。

CompletableFuture可以用于以下几种情况：

• 异步执行任务：可以使用CompletableFuture来执行一个耗时的任务，而不会阻塞主线程。

• 组合多个异步任务的结果：可以将多个CompletableFuture串联起来，以便在它们都完成后执行一些操作。

• 处理异常情况：可以使用CompletableFuture来处理异步任务中可能出现的异常情况。

• 并发执行多个任务 ：可以使用CompletableFuture来同时执行多个任务，并等待它们全部完成。

二、CompletableFuture的结构

CompletableFuture它同时实现了Future和CompletionStage两个接口。

• Future : 它代表一个异步计算的结果。它可以用于提交一个任务并在未来的某个时间获取它的结果。Future提供了一些方法来检查任务的完成状态、取消任务以及获取任务的结果。
• CompletionStage : CompletionStage是Java 8引入的一个接口，它扩展了Future的功能，并提供了更强大的异步编程支持。它表示一个异步计算的阶段，可以将多个阶段链接在一起形成一个复杂的异步计算流水线。CompletionStage提供了一系列方法来描述和组合异步计算的各个阶段，例如thenApply、thenCompose、thenCombine等
• CompletableFuture : 是Java 8中新增加的一个类，它实现了Future和CompletionStage两个接口。CompletableFuture提供了更加灵活和强大的异步编程模型，可以用于处理复杂的异步计算场景。它提供了丰富的方法来处理异步计算的结果、执行转换操作、组合多个异步计算等。通过CompletableFuture，我们可以更加方便地编写异步代码，实现更高效的并发编程。

三、基础方法介绍

因为方法非常多,这里我对常用的进行介绍

3.1 get() 、join()、isDone方法介绍

• get() 和 join() 都会等待异步操作完成并返回结果，但 get() 在等待期间线程被中断时会抛出异常，而 join() 不会。
• isDone() 用于检查异步操作是否完成，而不等待操作完成，适用于非阻塞的轮询场景。

3.2 使用 runAsync() 开启一个子线程去执行无结果

// Using Lambda Expression
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
   
   
    try {
   
   
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
   
   
        throw new IllegalStateException(e);
    }
    System.out.println("I'll run in a separate thread than the main thread.");
});

3.3 使用 supplyAsync() 开启一个子线程去执行有返回结果

// Using Lambda Expression
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
   
   
    try {
   
   
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
   
   
        throw new IllegalStateException(e);
    }
    return "Result of the asynchronous computation";
});

System.out.println("结果 : "+future.get());

3.4 CompletableFuture API 的所有方法都有两个重载的方法一个接受Executor线程池

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

你可能想知道，runAsync() 和supplyAsync()方法在单独的线程中执行他们的任务。但是我们不会永远只创建一个线程。CompletableFuture可以从全局的ForkJoinPool.commonPool()获得一个线程中执行这些任务。但是你也可以创建一个线程池并传给runAsync() 和supplyAsync()方法来让他们从线程池中获取一个线程执行它们的任务。

这里使用了简单的线程池创建

Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
   
   
    try {
   
   
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    } catch (InterruptedException e) {
   
   
        throw new IllegalStateException(e);
    }
    return "Result of the asynchronous computation";
}, executor);

3.4.1 线程池工具类

可以注入线程池,进行传递给runAsync() 和supplyAsync()方法来让他们从线程池中获取一个线程执行它们的任务

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

@Configuration
public class MongoThreadPoolConfig {
   
   
    //参数初始化
    private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    //核心线程数量大小
    private static final int corePoolSize = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4));
    //线程池最大容纳线程数
    private static final int maxPoolSize = CPU_COUNT * 2 + 1;
    //阻塞队列
    private static final int workQueue = 20;
    //线程空闲后的存活时长
    private static final int keepAliveTime = 30;

    @Bean("asyncTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor getAsyncExecutor() {
   
   
        ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTaskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        //核心线程数
        threadPoolTaskExecutor.setCorePoolSize(corePoolSize);
        //最大线程数
        threadPoolTaskExecutor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);
        //等待队列
        threadPoolTaskExecutor.setQueueCapacity(workQueue);
        //线程前缀
        threadPoolTaskExecutor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-");
        //线程池维护线程所允许的空闲时间,单位为秒
        threadPoolTaskExecutor.setKeepAliveSeconds(keepAliveTime);
        // 线程池对拒绝任务(无线程可用)的处理策略
        threadPoolTaskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        threadPoolTaskExecutor.initialize();
        return threadPoolTaskExecutor;
    }
}

四、CompletableFuture常用方法介绍

消息打印小工具类(用不用都行)

主要观察和学习CompletableFuture方法

import java.util.StringJoiner;
/**
 * 小工具
 */