并发编程CompletableFuture解析 | 京东物流技术团队

1、CompletableFuture介绍

CompletableFuture对象是JDK1.8版本新引入的类，这个类实现了两个接口，一个是Future接口，一个是CompletionStage接口。

CompletionStage接口是JDK1.8版本提供的接口，用于异步执行中的阶段处理，CompletionStage定义了一组接口用于在一个阶段执行结束之后，要么继续执行下一个阶段，要么对结果进行转换产生新的结果等，一般来说要执行下一个阶段都需要上一个阶段正常完成，这个类也提供了对异常结果的处理接口

2、CompletableFuture的API

2.1 提交任务

在CompletableFuture中提交任务有以下几种方式：

public static CompletableFuture runAsync(Runnable runnable)
public static CompletableFuture runAsync(Runnable runnable, Executor executor)
public static  CompletableFuture supplyAsync(Supplier supplier)
public static  CompletableFuture supplyAsync(Supplier supplier, Executor executor)

这四个方法都是用来提交任务的，不同的是supplyAsync提交的任务有返回值，runAsync提交的任务没有返回值。两个接口都有一个重载的方法，第二个入参为指定的线程池，如果不指定，则默认使用ForkJoinPool.commonPool()线程池。在使用的过程中尽量根据不同的业务来指定不同的线程池，方便对不同线程池进行监控，同时避免业务共用线程池相互影响。

2.2 结果转换

2.2.1 thenApply

public  CompletableFuture thenApply(Function... cfs)
public static CompletableFuture anyOf(CompletableFuture... cfs)

allOf是需要入参中所有的CompletableFuture任务执行完成，才会进行下一步；

anyOf是入参中任何一个CompletableFuture任务执行完成都可以执行下一步。

public T get() throws InterruptedException, ExecutionException
public T get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException
public T getNow(T valueIfAbsent)
public T join()

get方法一个是不带超时时间的，一个是带有超时时间的。

getNow方法则是立即返回结果，如果还没有结果，则返回默认值，也就是该方法的入参。

join方法是不带超时时间的等待任务完成。

3、CompletableFuture原理

join方法同样表示获取结果，但是join与get方法有什么区别呢。

public T join() {
    Object r;
    return reportJoin((r = result) == null ? waitingGet(false) : r);
}

public T get() throws InterruptedException, ExecutionException {
    Object r;
    return reportGet((r = result) == null ? waitingGet(true) : r);
}

public T get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
        Object r;
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        return reportGet((r = result) == null ? timedGet(nanos) : r);
}

public T getNow(T valueIfAbsent) {
        Object r;
        return ((r = result) == null) ? valueIfAbsent : reportJoin(r);
}

以上是CompletableFuture类中两个方法的代码，可以看到两个方法几乎一样。区别在于reportJoin/reportGet，waitingGet方法是一致的，只不过参数不一样，我们在看下reportGet与reportJoin方法。

private static  T reportGet(Object r)
        throws InterruptedException, ExecutionException {
        if (r == null) // by convention below, null means interrupted
            throw new InterruptedException();
        if (r instanceof AltResult) {
            Throwable x, cause;
            if ((x = ((AltResult)r).ex) == null)
                return null;
            if (x instanceof CancellationException)
                throw (CancellationException)x;
            if ((x instanceof CompletionException) &&
                (cause = x.getCause()) != null)
                x = cause;
            throw new ExecutionException(x);
        }
        @SuppressWarnings("unchecked") T t = (T) r;
        return t;
    }

private static  T reportJoin(Object r) {
        if (r instanceof AltResult) {
            Throwable x;
            if ((x = ((AltResult)r).ex) == null)
                return null;
            if (x instanceof CancellationException)
                throw (CancellationException)x;
            if (x instanceof CompletionException)
                throw (CompletionException)x;
            throw new CompletionException(x);
        }
        @SuppressWarnings("unchecked") T t = (T) r;
        return t;
    }

可以看到这两个方法很相近，reportGet方法判断了r对象是否为空，并抛出了中断异常，而reportJoin方法没有判断，同时reportJoin抛出的都是运行时异常，所以join方法也是无需手动捕获异常的。

我们在看下waitingGet方法

private Object waitingGet(boolean interruptible) {
        Signaller q = null;
        boolean queued = false;
        int spins = -1;
        Object r;
        while ((r = result) == null) {
            if (spins  0) {
                if (ThreadLocalRandom.nextSecondarySeed() >= 0)
                    --spins;
            }
            else if (q == null)
                q = new Signaller(interruptible, 0L, 0L);
            else if (!queued)
                queued = tryPushStack(q);
            else if (interruptible && q.interruptControl < 0) {
                q.thread = null;
                cleanStack();
                return null;
            }
            else if (q.thread != null && result == null) {
                try {
                    ForkJoinPool.managedBlock(q);
                } catch (InterruptedException ie) {
                    q.interruptControl = -1;
                }
            }
        }
        if (q != null) {
            q.thread = null;
            if (q.interruptControl < 0) {
                if (interruptible)
                    r = null; // report interruption
                else
                    Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }
        postComplete();
        return r;
    }

该waitingGet方法是通过while的方式循环判断是否任务已经完成并产生结果，如果结果为空，则会一直在这里循环，这里需要注意的是在这里初始化了一下spins=-1，当第一次进入while循环的时候，spins是-1，这时会将spins赋值为一个常量，该常量为SPINS。

private static final int SPINS = (Runtime.getRuntime().availableProcessors() > 1 ?

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