如何优雅的进行异步编排

Future模式

Future模式是高并发设计和开发过程中常见的设计模式。它的核心思想是异步调用，对于Future模式来说，它不是立即返回我们所需要的结果，但是它会返回一个异步任务，将来我们可以通过这个异步任务获取到我们所需要的结果。

在进行传统的RPC调用时，同步RPC调用是一段相当耗时的过程。当前客户端发出RPC请求，服务端处理客户端的RPC请求并返回服务端的过程需要一定的时间，在这个过程中客户端一直在等待，直到服务端结果的返回。如下图：

假设一次远程调用的时间为500毫秒，则一个Client同步对三个Server进行RPC调用的时间为1500毫秒。可以使用Future模式对其进行改造，将同步的RPC调用改为异步的RPC调用，一个Client异步对三个Server调用的流程如下

假设一次远程调用的时间为500，600，700毫秒，则一个Client异步并发对三个Server分别进行一次RPC调用的总时间只要耗费700毫秒。使用Future模式异步并发地进行RPC调用，客户端在得到一个RPC的返回结果前并不急于获取该结果，而是充分利用等待时间去执行其他的耗时操作(如其他RPC调用)，这就是Future模式的核心所在。

Java的Future实现类并没有支持异步回调，仍然需要主动获取异步执行的结果，而Java8的CompletableFuture组件实现了异步回调的功能

在Java中，Future只是一个泛型接口，位于Java.util.concurrent包下，其中定义了5个方法，主要包括一下几个功能

public interface Future<V> {
  //取消异步执行
  boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
  //获取异步任务的取消状态
  boolean isCancelled();
  //判断异步任务是否执行完成
  boolean isDone();
  //获取异步任务完成后的执行结果(阻塞获取)
  V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
  //设置时限，获取异步任务完成后的执行结果
  V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

总体来说，Future是一个对异步任务进行交互、操作的接口。但是Future仅仅是一个接口，通过它没有办法直接对异步任务操作，JDK提供了一个默认的实现类--FutureTask。

CompletableFuture详解

CompletableFuture是JDK8引入的实现类，实现了Future和CompletionStage接口。该实现类的实例作为一个异步任务，可以在自己的异步任务执行完成之后再出发其他的异步任务，从而达到异步回调的目的。

1.CompletableFuture的UML类关系

其中ComCompletionStage代表计算过程中的某个阶段（异步任务），一个阶段完成之后可以进入下一个阶段。一个阶段可以理解为一个异步任务，其中每一个异步任务都封装了函数式接口，表示该异步任务需要执行的操作。

2.CompletionStage接口

CompletionStage代表某个同步或异步计算的一个阶段，或者一系列异步任务中的一个子任务(或者阶段性任务)。

每个CompletionStage子任务所包装的可以是一个Function、Consumer或者Runnable函数式接口实例。这三个常用的函数式接口的特点如下：

(1)Function

Function接口的特点是：有输入、有输出。包装了Function实例的CompletionStage子任务需要一个输入参数，并会产生一个输出结果到下一步。

(2)Runnable

Runnable接口的特点是：无输入、无输出。包装了Runnable实例的CompletionStage子任务既不需要任何输入参数，又不会产生任何输出。

(3)Consumer

Consumer接口的特点是：有输入、无输出。包装了Consumer实例的CompletinStage子任务需要一个输入参数，但不会产生任何输出。

CompletionStage代表异步计算过程中的某一个阶段，一个阶段完成以后可能会触发另一个阶段。虽然一个子任务可以触发其他子任务，但是并不能保证后续子任务的执行顺序。

3.使用runAsync和supplyAcync创建子任务

CompletionStage子任务是通过创建CompletableFuture完成的。CompletableFuture提供了非常强大的Future扩展功能来帮助使用者简化异步编程的复杂性，提供了函数式编程的能力来帮助回调，也提供了转换和组合CompletionStage的能力。

CompletableFuture定义了一组创建CompletionStage子任务的方法，基础使用如下

  	//子任务包装一个Supplier实例，并调用ForkJoinPool.commonPool()线程来执行
    public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)
   //子任务包装一个Supplier实例，并使用指定的executor线程池来执行
    public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier,
                                                       Executor executor)
		//子任务包装一个Runnable实例，并调用ForkJoinPool.commonPool()线程来执行
    public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable)
		//子任务包装一个Runnable实例，并使用指定的executor线程池来执行
    public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,
                                                   Executor executor)
//在使用CompletableFuture创建CompletionStage子任务时，
//如果没有指定Executor线程池，在默认情况下CompletionStage会使用公共的ForkJoinPool线程池。

两个创建CompletionStage子任务的示例如下：

public class CompletableFutureDemo {
    //创建一个无消耗值(无输入值)、无返回值的异步子任务
    public static void runAsyncDemo() throws Exception {
        CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("run end...");
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
        //等待异步任务执行完成，限时等待1秒：
        //等待时间完成之后，判断异步任务是否执行完成，如果未完成则抛出超时异常
        future.get(1, TimeUnit.SECONDS)