异步编程——CompletableFuture用法详解

前言

我们异步执行一个任务时，需要用线程池Executor去创建，有两种方式：

• 如果不需要有返回值， 任务继承Thread类或实现Runnable接口；
• 如果需要有返回值，任务实现Callable接口，调用Executor的submit方法执行任务，再使用Future.get()获取任务结果。

当我们得到包含结果的Future时，我们可以使用get方法等待线程完成并获取返回值，但问题是Future的get()方法会阻塞主线程。并且当多个线程存在依赖组合的时候，使用同步组件CountDownLatch是比较麻烦的。

Java8新增的CompletableFuture类提供了非常强大的Future的扩展功能，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，并且提供了组合多个异步任务的方法。并且CompletableFuture是非阻塞性的，就是在主线程之外创建一个独立的线程，用以运行一个非阻塞的任务，然后将结果通知主线程。通过这种方式，主线程不用为了任务的完成而阻塞，极大提升了程序的性能。

1. Future + 线程池

Future是Java5引入的新接口，提供了异步并行计算的能力。如果主线程需要执行一个耗时的计算任务，我们就可以通过Future把这个任务放到异步线程中执行，主线程继续处理其他任务，处理完成后，再通过Future获取计算结果。

举个例子，假设我们有两个查询任务，一个查询运动员信息，一个查询运动员的荣誉信息。

public class PlayerInfo {

    private String name;

    private int age;

}

public class PlayerInfoService {

    public PlayerInfo getPlayerInfo() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(300);//模拟调用耗时
        return new PlayerInfo("Kobe", 32);
    }

}

public class MedalInfo {

    private String medalCategory;

    private int medalNum;

}

public class MedalInfoService {

    public MedalInfo getMedalInfo() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(500); //模拟调用耗时
        return new MedalInfo("MVP", 1);
    }

}

使用Future+线程池的方式实现异步任务：

public class FutureTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        // 1. 创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

        // 2. 任务加入线程池
        PlayerInfoService playerInfoService = new PlayerInfoService();
        MedalInfoService medalInfoService = new MedalInfoService();

        long startTime = System.currentTimeMillis();

        FutureTask<PlayerInfo> playerInfoFutureTask = new FutureTask<>(new Callable<PlayerInfo>() {
            @Override
            public PlayerInfo call() throws Exception {
                return playerInfoService.getPlayerInfo();
            }
        });
        executorService.submit(playerInfoFutureTask);

        Thread.sleep(400);

        FutureTask<MedalInfo> medalInfoFutureTask = new FutureTask<>(new Callable<MedalInfo>(){
            @Override
            public MedalInfo call() throws Exception {
                return medalInfoService.getMedalInfo();
            }
        });
        executorService.submit(medalInfoFutureTask);

        PlayerInfo playerInfo = playerInfoFutureTask.get();
        MedalInfo medalInfo = medalInfoFutureTask.get();
        System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");

        // 3. 关闭线程池
        executorService.shutdown();
    }
    
}

运行结果：

总共用时905ms

如果是在主线程串行执行的话，耗时大约为300+500+400=1200ms。可见，future+线程池的异步方式，提高了程序的执行效率。但是，Future对于结果的获取，只能通过阻塞或者轮询的方式得到任务的结果。

• Future.get()就是阻塞调用，在线程获取结果之前get方法会一直阻塞。阻塞的方式和异步编程的设计理念相违背。
• Future提供了一个isDone方法，可以在程序中轮询这个方法查询执行结果。轮询的方式会耗费CPU资源。

轮询——在计算机网络中，轮询（Polling）是一种通信方式，其中一个节点（通常是客户端）定期发送请求到另一个节点（通常是服务器）以获取数据或状态。这种方式的缺点在于，即使没有可用的数据，客户端也会持续不断地发送请求，这会消耗大量的CPU资源。此外，如果轮询的间隔设置得太短，可能会导致网络拥塞，甚至可能影响实时性。因此，轮询并不是一种高效的通信方式，特别是在需要高性能和低延迟的应用中。

2. 什么是CompletableFuture