Java CompletableFuture实现多线程异步编排

2023-04-28 原文

一：问题背景

问题：当查询接口较复杂时候，数据的获取都需要[远程调用]，必然需要花费更多的时间。假如查询文章详情页面，需要如下标注的时间才能完成，比如如下场景：

1. 查询文章详情 0.5s

2. 查询文章博主个人信息 0.5s

3. 查询文章评论 1s

4. 查询博主相关文章分类 1s

5. 相关推荐文章 1s

上面的描述只是举个例子不要在意这里的查询描述，看实际情况使用，有些相关的查询我们可以拆分接口实现，上面的描述只是为了举例子。

那么，用户需要4s后才能统计的数据。很显然是不能接受的。如果有多个线程同时完成这4步操作，也许只需要1s左右即可完成响应。

二：CompletableFuture介绍

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。

三：具体场景

1.0 单个任务

1.0.1 runAsync：无返回值

/**
 * runAsync无返回值
 */
CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
    System.out.println("当前线程"   Thread.currentThread().getId());
    int i = 10 / 2;
    System.out.println("运行结果："   i);
}, executor);

1.0.2 supplyAsync：有返回值

whenComplete：能感知异常，能感知结果，但没办法给返回值

exceptionally：能感知异常，不能感知结果，能给返回值。相当于，如果出现异常就返回这个值

/**
 * supplyAsync有返回值
 * whenComplete能感知异常，能感知结果，但没办法给返回值
 * exceptionally能感知异常，不能感知结果，能给返回值。相当于，如果出现异常就返回这个值
 */
CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("当前线程"   Thread.currentThread().getId());
    int i = 10 / 0;
    System.out.println("运行结果："   i);
    return i;
}, executor).whenComplete((res,excption)->{
    //whenComplete虽然能得到异常信息，但是没办法修改返回值
    System.out.println("异步任务成功完成...结果是：" res ";异常是：" excption);
}).exceptionally(throwable -> {
    //exceptionally能感知异常，而且能返回一个默认值，相当于，如果出现异常就返回这个值
    return 10;
});

1.0.3 supplyAsync：有返回值

handle能拿到返回结果，也能得到异常信息，也能修改返回值

/**
* supplyAsync有返回值
* handle能拿到返回结果，也能得到异常信息，也能修改返回值
*/
CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("当前线程"   Thread.currentThread().getId());
    int i = 10 / 4;
    System.out.println("运行结果："   i);
    return i;
}, executor).handle((res,excption)->{
    if(excption!=null){
        return 0;
    }else {
        return res * 2;
    }
});

2.0 两个任务编排

两任务组合（线程串行化）

可以是两任务的串行化，就是一个任务执行完了再执行下一个

也可以是多个任务的串行化，就是按照顺序一个个的执行

2.0.1 thenRunAsync

不能接收上一次的执行结果，也没返回值

        /**
         * thenRunXXX 不能接收上一次的执行结果，也没返回值
         * .thenRunAsync(() -> {
         *      System.out.println("任务2启动了...");
         * }, executor);
         */
        CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("当前线程"   Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 4;
            System.out.println("运行结果："   i);
            return i;
        }, executor).thenRunAsync(() -> {
            System.out.println("任务2启动了...");
        }, executor);

2.0.2 thenAcceptAsync

能接收上一次的执行结果，但没返回值

    /**
     * thenAcceptXXX 能接收上一次的执行结果，但没返回值
     * .thenAcceptAsync(res->{
     *      System.out.println("任务2启动了..." res);
     *  },executor);
     */
    CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        System.out.println("当前线程"   Thread.currentThread().getId());
        int i = 10 / 4;
        System.out.println("运行结果："   i);
        return i;
    }, executor).thenAcceptAsync(res -> {
        System.out.println("任务2启动了..."   res);
    }, executor);

2.0.3 thenApplyAsync

能接收上一次的执行结果，又可以有返回值

        /**
         * thenApplyXXX 能接收上一次的执行结果，又可以有返回值
         * .thenApplyAsync(res -> {
         *      System.out.println("任务2启动了..."   res);
         *      return "hello "   res;
         *  }, executor);
         */
        CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() ->         {
            System.out.println("当前线程"   Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 4;
            System.out.println("运行结果："   i);
            return i;
        }, executor).thenApplyAsync(res -> {
            System.out.println("任务2启动了..."   res);
            return "hello "   res;
        }, executor);

3.0 三任务编排

先准备两个任务

       CompletableFuture<Object> future01 =CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务1线程"   Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 4;
            System.out.println("任务1结束：");
            return i;
        }, executor);
        CompletableFuture<Object> future02 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务2线程"   Thread.currentThread().getId());
            try {
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println("任务2结束：");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "hello";
        }, executor);

3.0.1 三任务组合

前两个任务都完成，才执行任务3

3.0.1-1、runAfterBothAsync：任务01 任务02都完成了，再开始执行任务3，不感知任务1、2的结果的，也没返回值

CompletableFuture<Void> future = future01.runAfterBothAsync(future02, () -> {
    System.out.println("任务3开始");
}, executor);

3.0.1-2、thenAcceptBothAsync：任务01 任务02都完成了，再开始执行任务3，能感知到任务1、2的结果，但没返回值

CompletableFuture<Void> future = future01.thenAcceptBothAsync(future02, (f1, f2) -> {
            System.out.println("任务3开始...得到之前的结果：f1:"   f1   ", f2:"   f2);
        }, executor);

3.0.1-3、 thenCombineAsync：任务01 任务02都完成了，再开始执行任务3，能感知到任务1、2的结果，而且自己可以带返回值

 CompletableFuture<String> future = future01.thenCombineAsync(future02, (f1, f2) -> {
            return f1 ":" f2 "：哈哈";
        }, executor);

3.0.2 三任务组合二

前两个任务只要有一个完成，就执行任务3

3.0.2-1、runAfterEitherAsync：两个任务只要有一个完成，就执行任务3，不感知结果，自己没返回值

CompletableFuture<Void> future = future01.runAfterEitherAsync(future02, () -> {
            System.out.println("任务3开始...");
        }, executor);

3.0.2-2、 acceptEitherAsync：两个任务只要有一个完成，就执行任务3，感知结果，自己没返回值

CompletableFuture<Void> future = future01.acceptEitherAsync(future02, (res) -> {
        System.out.println("任务3开始...之前的结果"   res);
    }, executor);

3.0.2-3、applyToEitherAsync：两个任务只要有一个完成，就执行任务3，感知结果，自己有返回值

CompletableFuture<String> future = future01.applyToEitherAsync(future02, (res) -> {
        System.out.println("任务3开始...之前的结果"   res);
        return "任务3的结果...";
    }, executor);

4.0 多任务的编排

 /**
         * 多任务组合
         */
        CompletableFuture<String> futureImg = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("查询商品图片信息");
            return "hello.jpg";
        },executor);
        CompletableFuture<String> futureAttr = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("查询商品属性信息");
            return "黑色 256G";
        },executor);
        CompletableFuture<String> futureDesc = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println("查询商品介绍信息");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "华为...";
        },executor);

4.0.1、allOf：所有任务都执行完

        /**
         * allOf 所有任务都执行完
         */
        CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(futureImg, futureAttr, futureDesc);
        allOf.get();//等待所有结果完成

4.0.2、anyOf：其中有一个任务执行完就可以

        /**
         * anyOf 其中有一个任务执行完就可以
         */
        CompletableFuture<Object> anyOf = CompletableFuture.anyOf(futureImg, futureAttr, futureDesc);
        anyOf.get();

四：一个实际的例子

public SkuItemVo item(Long skuId) {
        SkuItemVo skuItemVo = new SkuItemVo();
        //1、sku详细信息 sku_info
        SkuInfoEntity skuInfo = getById(skuId);
        skuItemVo.setInfo(skuInfo);
        //2、sku 图片信息 sku_img
        List<SkuImagesEntity> images = skuImagesService.getImagesBySkuId(skuId);
        skuItemVo.setImages(images);
        //3、spu 销售属性组合
        List<SkuItemSaleAttrVo> saleAttr = skuSaleAttrValueService.getSaleAttrBySpuId(skuInfo.getSpuId());
        skuItemVo.setSaleAttr(saleAttr);
        //4、spu 的介绍
        SpuInfoDescEntity spuInfoDesc = spuInfoDescService.getById(skuInfo.getSpuId());
        skuItemVo.setDesc(spuInfoDesc);
        //5、spu 规格参数信息
        List<SpuItemAttrGroupVo> groupAttrs = attrGroupService.getAttrGroupWithAttrsBySpuId(skuInfo.getSpuId(),skuInfo.getCatalogId());
        skuItemVo.setGroupAttrs(groupAttrs);
        return skuItemVo;
    }

使用CompletableFuture异步编排后

private SkuItemVo item(Long skuId) {
        SkuItemVo skuItemVo = new SkuItemVo();
        /**
         * 3、4、5需要依赖1的运行结果，需要返回skuInfo后从中获取spuId和catalogId
         * 而2不需要依赖1的运行结果
         */
        //1、sku详细信息 sku_info
        CompletableFuture<SkuInfoEntity> infoFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                SkuInfoEntity skuInfo = getById(skuId);
                skuItemVo.setInfo(skuInfo);
                return skuInfo;
        }, executor);
        //2、sku 图片信息 sku_img  2不需要等待上边1的执行结果
        CompletableFuture<Void> imageFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
                List<SkuImagesEntity> images = skuImagesService.getImagesBySkuId(skuId);
                skuItemVo.setImages(images);
        }, executor);
        //下边的3、4、5都需要上边1的执行结果
        //所以下边的3、4、5都是基于上边1的执行结果 infoFuture 开始的
        //都是以infoFuture.thenAcceptAsync(skuInfo -> {})开始的
        CompletableFuture<Void> saleAttrFuture = infoFuture.thenAcceptAsync(skuInfo -> {
                //3、spu 销售属性组合  3
                List<SkuItemSaleAttrVo> saleAttr = skuSaleAttrValueService.getSaleAttrBySpuId(skuInfo.getSpuId());
                skuItemVo.setSaleAttr(saleAttr);
                System.out.println(saleAttr);
        }, executor);
        CompletableFuture<Void> descFuture = infoFuture.thenAcceptAsync(skuInfo -> {
                //4、spu 的介绍
                SpuInfoDescEntity spuInfoDesc = spuInfoDescService.getById(skuInfo.getSpuId());
                skuItemVo.setDesc(spuInfoDesc);
        }, executor);
        CompletableFuture<Void> attrGroupFuture = infoFuture.thenAcceptAsync(skuInfo -> {
                //5、spu 规格参数信息
                List<SpuItemAttrGroupVo> groupAttrs = attrGroupService.getAttrGroupWithAttrsBySpuId(skuInfo.getSpuId(),skuInfo.getCatalogId());
                System.out.println(groupAttrs);
                skuItemVo.setGroupAttrs(groupAttrs);
        }, executor);
        //等待所有任务完成
        try {
                CompletableFuture.allOf(saleAttrFuture,descFuture,attrGroupFuture,imageFuture).get() ;
        } catch (InterruptedException e) {
                log.error("查询商品详情异步编排错误: ");
                log.error(e.getMessage() );
        } catch (ExecutionException e) {
                log.error(e.getMessage() );
        }
        return skuItemVo;
}

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