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Java8 CompletableFuture は非同期マルチスレッドプログラミングをどのように実装しますか?

WBOY転載: 2023-04-27 08:22:062382ブラウズ

1. Future のレビュー例

一部のビジネスシナリオでは、タスクの実行を高速化するために、マルチスレッドを使用してタスクを非同期に実行する必要があります。

JDK5 には、非同期計算の結果を記述するために使用される新しい Future インターフェイスが追加されています。

Future および関連する使用メソッドはタスクを非同期に実行する機能を提供しますが、結果を取得するのは非常に不便です。Future.get() を使用して呼び出しスレッドをブロックするか、ポーリングを使用する必要があります。 Future.isDone タスクが完了し、結果を取得します。

これらの処理方法は両方ともあまり洗練されていません。関連するコードは次のとおりです:

    @Test
    public void testFuture() throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        Future<String> future = executorService.submit(() -> {
            Thread.sleep(2000);
            return "hello";
        });
        System.out.println(future.get());
        System.out.println("end");
    }

同時に、Future は複数の非同期タスクが相互に依存する必要があるシナリオを解決できません。簡単に言うと、メインスレッドは、サブスレッドのタスクが完了するまで待機してから実行する必要があります。このとき、「CountDownLatch」を思い浮かべたかもしれません。はい、解決できます。コードは次のとおりです。。

ここでは 2 つの Future が定義されています。1 つ目はユーザー ID を通じてユーザー情報を取得し、2 つ目は製品 ID を通じて製品情報を取得します。

    @Test
    public void testCountDownLatch() throws InterruptedException, ExecutionException {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        CountDownLatch downLatch = new CountDownLatch(2);
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        Future<String> userFuture = executorService.submit(() -> {
            //模拟查询商品耗时500毫秒
            Thread.sleep(500);
            downLatch.countDown();
            return "用户A";
        });
 
        Future<String> goodsFuture = executorService.submit(() -> {
            //模拟查询商品耗时500毫秒
            Thread.sleep(400);
            downLatch.countDown();
            return "商品A";
        });
 
        downLatch.await();
        //模拟主程序耗时时间
        Thread.sleep(600);
        System.out.println("获取用户信息:" + userFuture.get());
        System.out.println("获取商品信息:" + goodsFuture.get());
        System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
 
    }

「実行結果」

ユーザー情報の取得: ユーザー A
製品情報の取得: 製品 A
実行までの合計時間 1110ms

結果が得られていることがわかります。非同期操作を使用しない場合、実行時間は 500 400 600 = 1500 になるはずです。非同期操作を使用した後は、実際には 1110 しかかかりません。

しかし、Java8 以降は、これがエレガントなソリューションだとは思えなくなりました。次に、CompletableFuture の使用について学びましょう。

2. CompletableFuture を通じて上記の例を実装します。

    @Test
    public void testCompletableInfo() throws InterruptedException, ExecutionException {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
 
        //调用用户服务获取用户基本信息
        CompletableFuture<String> userFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() ->
                //模拟查询商品耗时500毫秒
        {
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "用户A";
        });
 
        //调用商品服务获取商品基本信息
        CompletableFuture<String> goodsFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() ->
                //模拟查询商品耗时500毫秒
        {
            try {
                Thread.sleep(400);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "商品A";
        });
 
        System.out.println("获取用户信息:" + userFuture.get());
        System.out.println("获取商品信息:" + goodsFuture.get());
 
        //模拟主程序耗时时间
        Thread.sleep(600);
        System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    }

実行結果

ユーザー情報の取得: ユーザー A
製品情報の取得: 製品 A
は、合計 1112 ミリ秒

CountDownLatch の関数は、CompletableFuture を使用して簡単に実装できます。これで終わりだと思いますが、それをはるかに超えています。CompletableFuture はこれよりもはるかに優れています。

たとえば、タスク 1 が実行された後、タスク 2 が実行され、タスク 1 の実行結果もタスク 2 の入力パラメータとして使用できるなど、強力な関数を実装できます。 CompletableFuture の API。

3. CompletableFuture 作成メソッド

3.1. 一般的に使用される 4 つの作成メソッド

CompletableFuture ソースコードには、非同期タスクを実行するための 4 つの静的メソッドがあります

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

通常は、上記の静的メソッドを使用して CompletableFuture を作成します。ここでは、それらの違いについても説明します:

##「supplyAsync」タスクを実行し、戻り値をサポートします。
「runAsync」タスクを実行します。戻り値はありません。

3.1.1. "supplyAsync メソッド"

//使用默认内置线程池ForkJoinPool.commonPool()，根据supplier构建执行任务
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)
//自定义线程，根据supplier构建执行任务
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)

3.1.2. "runAsync メソッド"

//使用默认内置线程池ForkJoinPool.commonPool()，根据runnable构建执行任务
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable) 
//自定义线程，根据runnable构建执行任务
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,  Executor executor)

3.2. 結果を取得する 4 つの方法

CompltableFuture クラスは、結果を取得する 4 つの方法を提供します。

//方式一
public T get()
//方式二
public T get(long timeout, TimeUnit unit)
//方式三
public T getNow(T valueIfAbsent)
//方式四
public T join()

説明:

「get() および get(long timeout , TimeUnit 単位)」 )" => タイムアウト処理を提供するFutureでは既に提供されています。指定時間内に結果が得られない場合はタイムアウト例外がスローされます
『getNow』 => ブロックせずにすぐに結果を取得します結果の計算が完了した場合は結果または計算処理中の例外が返されます計算が完了していない場合は、設定された valueIfAbsent の値が返されます
『join』 => メソッド

# では例外はスローされません。例:

    @Test
    public void testCompletableGet() throws InterruptedException, ExecutionException {
 
        CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "商品A";
        });
 
        // getNow方法测试 
        System.out.println(cp1.getNow("商品B"));
 
        //join方法测试 
        CompletableFuture<Integer> cp2 = CompletableFuture.supplyAsync((() -> 1 / 0));
        System.out.println(cp2.join());
        System.out.println("-----------------------------------------------------");
        //get方法测试
        CompletableFuture<Integer> cp3 = CompletableFuture.supplyAsync((() -> 1 / 0));
        System.out.println(cp3.get());
    }

「実行結果」:

最初の実行結果は
「製品 B」 です。結果は次のとおりです。最初に 1 秒間スリープする必要があるため、すぐに取得されます
結合メソッドは結果メソッドで例外をスローしませんが、実行結果は例外をスローします。スローされる例外は CompletionException です。
get メソッドは result メソッドを取得します。例外がスローされます。実行結果によってスローされる例外は ExecutionException

4 です。非同期コールバックメソッド

Java8 CompletableFuture は非同期マルチスレッドプログラミングをどのように実装しますか? ##4.1、thenRun/thenRunAsync

簡単に言うと、

「最初のタスクを完了した後、2 番目のタスクを実行し、 2 番目のタスクは値を返しません "

例

    @Test
    public void testCompletableThenRunAsync() throws InterruptedException, ExecutionException {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
 
        CompletableFuture<Void> cp1 = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            try {
                //执行任务A
                Thread.sleep(600);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
 
        });
 
        CompletableFuture<Void> cp2 = cp1.thenRun(() -> {
            try {
                //执行任务B
                Thread.sleep(400);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
 
        // get方法测试
        System.out.println(cp2.get());
 
        //模拟主程序耗时时间
        Thread.sleep(600);
        System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    }
 
    //运行结果
    /**
     *  null
     *  总共用时1610ms
     */

「thenRun と thenRunAsync の違いは何ですか?」

最初のタスクを実行する場合

説明

: thenAccept と thenAcceptAsync、後ほど紹介する thenApply と thenApplyAsync の違いもこれです。 4.2, thenAccept/thenAcceptAsync

最初のタスクが実行された後、2 番目のコールバックメソッドタスクが実行されます。

タスクの実行結果は入力パラメーターとして使用されます

、コールバックメソッドに渡されましたが、コールバックメソッドには戻り値がありません。＃＃＃＃＃＃＃＃＃例＃＃＃＃＃＃

    @Test
    public void testCompletableThenAccept() throws ExecutionException, InterruptedException {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return "dev";
 
        });
        CompletableFuture<Void> cp2 = cp1.thenAccept((a) -> {
            System.out.println("上一个任务的返回结果为: " + a);
        });
 
        cp2.get();
    }

4.3、 thenApply/thenApplyAsync

表示第一个任务执行完成后，执行第二个回调方法任务，会将该任务的执行结果，作为入参，传递到回调方法中，并且回调方法是有返回值的。

示例

    @Test
    public void testCompletableThenApply() throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return "dev";
 
        }).thenApply((a) -> {
            if (Objects.equals(a, "dev")) {
                return "dev";
            }
            return "prod";
        });
 
        System.out.println("当前环境为:" + cp1.get());
 
        //输出: 当前环境为:dev
    }

5、异常回调

当CompletableFuture的任务不论是正常完成还是出现异常它都会调用「whenComplete」这回调函数。

「正常完成」：whenComplete返回结果和上级任务一致，异常为null；
「出现异常」：whenComplete返回结果为null，异常为上级任务的异常；

即调用get()时，正常完成时就获取到结果，出现异常时就会抛出异常，需要你处理该异常。

下面来看看示例

5.1、只用whenComplete

    @Test
    public void testCompletableWhenComplete() throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Double> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
 
            if (Math.random() < 0.5) {
                throw new RuntimeException("出错了");
            }
            System.out.println("正常结束");
            return 0.11;
 
        }).whenComplete((aDouble, throwable) -> {
            if (aDouble == null) {
                System.out.println("whenComplete aDouble is null");
            } else {
                System.out.println("whenComplete aDouble is " + aDouble);
            }
            if (throwable == null) {
                System.out.println("whenComplete throwable is null");
            } else {
                System.out.println("whenComplete throwable is " + throwable.getMessage());
            }
        });
        System.out.println("最终返回的结果 = " + future.get());
    }

正常完成，没有异常时：

正常结束
whenComplete aDouble is 0.11
whenComplete throwable is null
最终返回的结果 = 0.11

出现异常时：get()会抛出异常

whenComplete aDouble is null
whenComplete throwable is java.lang.RuntimeException: 出错了

java.util.concurrent.ExecutionException: java.lang.RuntimeException: 出错了
at java.util.concurrent.CompletableFuture.reportGet(CompletableFuture.java:357)
at java.util.concurrent.CompletableFuture.get(CompletableFuture.java:1895)

5.2、whenComplete + exceptionally示例

    @Test
    public void testWhenCompleteExceptionally() throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<Double> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            if (Math.random() < 0.5) {
                throw new RuntimeException("出错了");
            }
            System.out.println("正常结束");
            return 0.11;
 
        }).whenComplete((aDouble, throwable) -> {
            if (aDouble == null) {
                System.out.println("whenComplete aDouble is null");
            } else {
                System.out.println("whenComplete aDouble is " + aDouble);
            }
            if (throwable == null) {
                System.out.println("whenComplete throwable is null");
            } else {
                System.out.println("whenComplete throwable is " + throwable.getMessage());
            }
        }).exceptionally((throwable) -> {
            System.out.println("exceptionally中异常：" + throwable.getMessage());
            return 0.0;
        });
 
        System.out.println("最终返回的结果 = " + future.get());
    }

当出现异常时，exceptionally中会捕获该异常，给出默认返回值0.0。

whenComplete aDouble is null
whenComplete throwable is java.lang.RuntimeException: 出错了
exceptionally中异常：java.lang.RuntimeException: 出错了
最终返回的结果 = 0.0

6、多任务组合回调

Java8 CompletableFuture は非同期マルチスレッドプログラミングをどのように実装しますか?

6.1、AND组合关系

thenCombine / thenAcceptBoth / runAfterBoth都表示：「当任务一和任务二都完成再执行任务三」。

区别在于：

「runAfterBoth」 不会把执行结果当做方法入参，且没有返回值
「thenAcceptBoth」: 会将两个任务的执行结果作为方法入参，传递到指定方法中，且无返回值
「thenCombine」：会将两个任务的执行结果作为方法入参，传递到指定方法中，且有返回值

示例

    @Test
    public void testCompletableThenCombine() throws ExecutionException, InterruptedException {
        //创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //开启异步任务1
        CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务1，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());
            int result = 1 + 1;
            System.out.println("异步任务1结束");
            return result;
        }, executorService);
 
        //开启异步任务2
        CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务2，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());
            int result = 1 + 1;
            System.out.println("异步任务2结束");
            return result;
        }, executorService);
 
        //任务组合
        CompletableFuture<Integer> task3 = task.thenCombineAsync(task2, (f1, f2) -> {
            System.out.println("执行任务3，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());
            System.out.println("任务1返回值：" + f1);
            System.out.println("任务2返回值：" + f2);
            return f1 + f2;
        }, executorService);
 
        Integer res = task3.get();
        System.out.println("最终结果：" + res);
    }

「运行结果」

异步任务1，当前线程是：17
异步任务1结束
异步任务2，当前线程是：18
异步任务2结束
执行任务3，当前线程是：19
任务1返回值：2
任务2返回值：2
最终结果：4

6.2、OR组合关系

applyToEither / acceptEither / runAfterEither 都表示：「两个任务，只要有一个任务完成，就执行任务三」。

区别在于：

「runAfterEither」：不会把执行结果当做方法入参，且没有返回值
「acceptEither」: 会将已经执行完成的任务，作为方法入参，传递到指定方法中，且无返回值
「applyToEither」：会将已经执行完成的任务，作为方法入参，传递到指定方法中，且有返回值

示例

    @Test
    public void testCompletableEitherAsync() {
        //创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //开启异步任务1
        CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务1，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());
 
            int result = 1 + 1;
            System.out.println("异步任务1结束");
            return result;
        }, executorService);
 
        //开启异步任务2
        CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务2，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());
            int result = 1 + 2;
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("异步任务2结束");
            return result;
        }, executorService);
 
        //任务组合
        task.acceptEitherAsync(task2, (res) -> {
            System.out.println("执行任务3，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());
            System.out.println("上一个任务的结果为：" + res);
        }, executorService);
    }

运行结果

//通过结果可以看出，异步任务2都没有执行结束，任务3获取的也是1的执行结果
异步任务1，当前线程是：17
异步任务1结束
异步任务2，当前线程是：18
执行任务3，当前线程是：19
上一个任务的结果为：2

注意

如果把上面的核心线程数改为1也就是

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);

运行结果就是下面的了，会发现根本没有执行任务3，显然是任务3直接被丢弃了。

异步任务1，当前线程是：17
异步任务1结束
异步任务2，当前线程是：17

6.3、多任务组合

「allOf」：等待所有任务完成
「anyOf」：只要有一个任务完成

示例

allOf：等待所有任务完成

    @Test
    public void testCompletableAallOf() throws ExecutionException, InterruptedException {
        //创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //开启异步任务1
        CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务1，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());
            int result = 1 + 1;
            System.out.println("异步任务1结束");
            return result;
        }, executorService);
 
        //开启异步任务2
        CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务2，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());
            int result = 1 + 2;
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("异步任务2结束");
            return result;
        }, executorService);
 
        //开启异步任务3
        CompletableFuture<Integer> task3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("异步任务3，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());
            int result = 1 + 3;
            try {
                Thread.sleep(4000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("异步任务3结束");
            return result;
        }, executorService);
 
        //任务组合
        CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(task, task2, task3);
 
        //等待所有任务完成
        allOf.get();
        //获取任务的返回结果
        System.out.println("task结果为：" + task.get());
        System.out.println("task2结果为：" + task2.get());
        System.out.println("task3结果为：" + task3.get());
    }

anyOf: 只要有一个任务完成

    @Test
    public void testCompletableAnyOf() throws ExecutionException, InterruptedException {
        //创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        //开启异步任务1
        CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            int result = 1 + 1;
            return result;
        }, executorService);
 
        //开启异步任务2
        CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            int result = 1 + 2;
            return result;
        }, executorService);
 
        //开启异步任务3
        CompletableFuture<Integer> task3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            int result = 1 + 3;
            return result;
        }, executorService);
 
        //任务组合
        CompletableFuture<Object> anyOf = CompletableFuture.anyOf(task, task2, task3);
        //只要有一个有任务完成
        Object o = anyOf.get();
        System.out.println("完成的任务的结果：" + o);
    }

7、CompletableFuture使用有哪些注意点

Java8 CompletableFuture は非同期マルチスレッドプログラミングをどのように実装しますか?

CompletableFuture 使我们的异步编程更加便利的、代码更加优雅的同时，我们也要关注下它，使用的一些注意点。

7.1、Future需要获取返回值，才能获取异常信息

    @Test
    public void testWhenCompleteExceptionally() {
        CompletableFuture<Double> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            if (1 == 1) {
                throw new RuntimeException("出错了");
            }
            return 0.11;
        });
 
        //如果不加 get()方法这一行，看不到异常信息
        //future.get();
    }

Future需要获取返回值，才能获取到异常信息。如果不加 get()/join()方法，看不到异常信息。

小伙伴们使用的时候，注意一下哈,考虑是否加try...catch...或者使用exceptionally方法。

7.2、CompletableFuture的get()方法是阻塞的

CompletableFuture的get()方法是阻塞的，如果使用它来获取异步调用的返回值，需要添加超时时间。

//反例
 CompletableFuture.get();
//正例
CompletableFuture.get(5, TimeUnit.SECONDS);

7.3、不建议使用默认线程池

CompletableFuture代码中又使用了默认的「ForkJoin线程池」，处理的线程个数是电脑「CPU核数-1」。在大量请求过来的时候，处理逻辑复杂的话，响应会很慢。一般建议使用自定义线程池，优化线程池配置参数。

7.4、自定义线程池时，注意饱和策略

CompletableFuture的get()方法是阻塞的，我们一般建议使用future.get(5, TimeUnit.SECONDS)。并且一般建议使用自定义线程池。

但是如果线程池拒绝策略是DiscardPolicy或者DiscardOldestPolicy，当线程池饱和时，会直接丢弃任务，不会抛弃异常。因此建议，CompletableFuture线程池策略最好使用AbortPolicy，然后耗时的异步线程，做好线程池隔离哈。

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Java8 CompletableFuture は非同期マルチスレッド プログラミングをどのように実装しますか?

1. Future のレビュー例

2. CompletableFuture を通じて上記の例を実装します。

3. CompletableFuture 作成メソッド

3.1. 一般的に使用される 4 つの作成メソッド

簡単に言うと、

最初のタスクが実行された後、2 番目のコールバック メソッド タスクが実行されます。

4.3、 thenApply/thenApplyAsync

5、异常回调

5.1、只用whenComplete

5.2、whenComplete + exceptionally示例

6、多任务组合回调

6.1、AND组合关系

6.2、OR组合关系

6.3、多任务组合

7、CompletableFuture使用有哪些注意点

7.1、Future需要获取返回值，才能获取异常信息

7.2、CompletableFuture的get()方法是阻塞的

7.3、不建议使用默认线程池

7.4、自定义线程池时，注意饱和策略

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最初のタスクが実行された後、2 番目のコールバックメソッドタスクが実行されます。