异步编排CompletableFuture

CompletableFuture异步调用

问题：查询商品详情页的逻辑非常复杂，数据的获取都需要远程调用，必然需要花费更多的时间。

假如商品详情页的每个查询，需要如下标注的时间才能完成

// 1. 获取sku的基本信息	0.5s

// 2. 获取sku的图片信息	0.5s

// 3. 获取sku的促销信息 TODO 1s

// 4. 获取spu的所有销售属性	1s

// 5. 获取规格参数组及组下的规格参数 TODO	1.5s

// 6. spu详情 TODO	1s

.........

那么，用户需要6.5s后才能看到商品详情页的内容。很显然是不能接受的。

如果有多个线程同时完成这6步操作，也许只需要1.5s即可完成响应。

1. 线程回顾

初始化线程的4种方式：

1. 继承Thread
2. 实现Runnable接口
3. 实现Callable接口 + FutureTask （可以拿到返回结果，可以处理异常）
4. 线程池

方式1和方式2：主进程无法获取线程的运算结果。不适合当前场景

方式3：主进程可以获取线程的运算结果，并设置给itemVO，但是不利于控制服务器中的线程资源。可以导致服务器资源耗尽。

方式4：通过如下两种方式初始化线程池：

Executors.newFiexedThreadPool(3);
//或者
new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, TimeUnit unit, workQueue, threadFactory, handler);

通过线程池性能稳定，也可以获取执行结果，并捕获异常。但是，在业务复杂情况下，一个异步调用可能会依赖于另一个异步调用的执行结果。

2. CompletableFuture介绍

Future是Java 5添加的类，用来描述一个异步计算的结果。你可以使用isDone方法检查计算是否完成，或者使用get阻塞住调用线程，直到计算完成返回结果，你也可以使用cancel方法停止任务的执行。

虽然Future以及相关使用方法提供了异步执行任务的能力，但是对于结果的获取却是很不方便，只能通过阻塞或者轮询的方式得到任务的结果。阻塞的方式显然和我们的异步编程的初衷相违背，轮询的方式又会耗费无谓的CPU资源，而且也不能及时地得到计算结果，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，比如Node.js，采用回调的方式实现异步编程。Java的一些框架，比如Netty，自己扩展了Java的 Future接口，提供了addListener等多个扩展方法；Google guava也提供了通用的扩展Future；Scala也提供了简单易用且功能强大的Future/Promise异步编程模式。

作为正统的Java类库，是不是应该做点什么，加强一下自身库的功能呢？

在Java 8中, 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，可以帮助我们简化异步编程的复杂性，提供了函数式编程的能力，可以通过回调的方式处理计算结果，并且提供了转换和组合CompletableFuture的方法。

CompletableFuture类实现了Future接口，所以你还是可以像以前一样通过get方法阻塞或者轮询的方式获得结果，但是这种方式不推荐使用。

CompletableFuture和FutureTask同属于Future接口的实现类，都可以获取线程的执行结果。

3. 创建异步对象

CompletableFuture 提供了四个静态方法来创建一个异步操作。

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)

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。如果指定线程池，则使用指定的线程池运行。以下所有的方法都类同。

• runAsync方法不支持返回值。
• supplyAsync可以支持返回值。

4. 计算完成时回调方法

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);

whenComplete可以处理正常和异常的计算结果，exceptionally处理异常情况。BiConsumer<? super T,? super Throwable>可以定义处理业务

whenComplete 和 whenCompleteAsync 的区别：
whenComplete：是执行当前任务的线程执行继续执行 whenComplete 的任务。
whenCompleteAsync：是执行把 whenCompleteAsync 这个任务继续提交给线程池来进行执行。

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）,即同步和异步的区别

代码示例：

public class CompletableFutureDemo {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Object>() {
            @Override
            public Object get() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t completableFuture");
                int i = 10 / 0;
                return 1024;
            }
        }).whenComplete(new BiConsumer<Object, Throwable>() {
            @Override
            public void accept(Object o, Throwable throwable) {
                System.out.println("-------o=" + o.toString());
                System.out.println("-------throwable=" + throwable);
            }
        }).exceptionally(new Function<Throwable, Object>() {
            @Override
            public Object apply(Throwable throwable) {
                System.out.println("throwable=" + throwable);
                return 6666;
            }
        });
        System.out.println(future.get());
    }
}

5. 线程串行化方法

thenApply 方法：当一个线程依赖另一个线程时，获取上一个任务返回的结果，并返回当前任务的返回值。

thenAccept方法：消费处理结果。接收任务的处理结果，并消费处理，无返回结果。

thenRun方法：只要上面的任务执行完成，就开始执行thenRun，只是处理完任务后，执行 thenRun的后续操作

带有Async默认是异步执行的。这里所谓的异步指的是不在当前线程内执行。

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)

public CompletionStage<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action);
public CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action);
public CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action,Executor executor);

public CompletionStage<Void> thenRun(Runnable action);
public CompletionStage<Void> thenRunAsync(Runnable action);
public CompletionStage<Void> thenRunAsync(Runnable action,Executor executor);

Function<? super T,? extends U>
T：上一个任务返回结果的类型
U：当前任务的返回值类型

代码演示：

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Integer>() {
        @Override
        public Integer get() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t completableFuture");
            //int i = 10 / 0;
            return 1024;
        }
    }).thenApply(new Function<Integer, Integer>() {
        @Override
        public Integer apply(Integer o) {
            System.out.println("thenApply方法，上次返回结果：" + o);
            return  o * 2;
        }
    }).whenComplete(new BiConsumer<Integer, Throwable>() {
        @Override
        public void accept(Integer o, Throwable throwable) {
            System.out.println("-------o=" + o);
            System.out.println("-------throwable=" + throwable);
        }
    }).exceptionally(new Function<Throwable, Integer>() {
        @Override
        public Integer apply(Throwable throwable) {
            System.out.println("throwable=" + throwable);
            return 6666;
        }
    });
    System.out.println(future.get());
}

6. 多任务组合

public static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs);

public static CompletableFuture<Object> anyOf(CompletableFuture<?>... cfs);

allOf：等待所有任务完成

anyOf：只要有一个任务完成

public static void main(String[] args) {
    List<CompletableFuture> futures = Arrays.asList(CompletableFuture.completedFuture("hello"),
                                                    CompletableFuture.completedFuture(" world!"),
                                                    CompletableFuture.completedFuture(" hello"),
                                                    CompletableFuture.completedFuture("java!"));
    final CompletableFuture<Void> allCompleted = CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[]{}));
    allCompleted.thenRun(() -> {
        futures.stream().forEach(future -> {
            try {
                System.out.println("get future at:"+System.currentTimeMillis()+", result:"+future.get());
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    });
}

测试结果：

get future at:1568892339473, result:hello
get future at:1568892339473, result: world!
get future at:1568892339473, result: hello
get future at:1568892339473, result:java!