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别说你不知道什么是异步编程的Future！

百家作者：程序人生 2020-08-11 17:36:47

作者 | why技术

来源 | why技术（ID:hello_hi_why）

你就是写了个假异步

先去我的第一篇公众号文章中拿张图片：《Dobbo 2.7新特性之异步化改造》。

这是 rpc 的四种调用方式：

文本主要分享这个 future 的调用方式，不讲 Dubbo 框架，这里只是一个引子。

谈到 future 的时候大家都会想到异步编程。但是你仔细看框起来这里：

客户端线程调用 future.get() 方法的时候还是会阻塞当前线程的。

我倒是觉得这充其量只能算一个缩减版的异步编程。

本文将带你从缩减版的 future 聊到升级版的 Google Guava 的 future，最后谈谈加强版的 future 。

先聊聊线程池的提交方式

谈到 Future 的时候，我们基本上就会想到线程池，想到它的几种提交方式。

先是最简单的，execute 方式提交，不关心返回值的，直接往线程池里面扔任务就完事：

public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
        //execute(Runnable command)方法。没有返回值
        executor.execute(() -> {
            System.out.println("关注why技术");
        });
        Thread.currentThread().join();
    }
}

可以看一下 execute 方法，接受一个 Runnable 方法，返回类型是 void：

然后是 submit 方法。你知道线程池有几种 submit 方法吗？

有三种 submit。这三种按照提交任务的类型来算分为两个类型。

提交执行 Runnable 类型的任务。
提交执行 Callable 类型的任务。

但是返回值都是 Future，这才是我们关心的东西。

也许你知道线程池有三种 submit 方法，但是也许你根本不知道里面的任务分为两种类型，你就只知道往线程池里面扔，也不管扔的是什么类型的任务。

我们先看一下 Callable 类型的任务是怎么执行的：

public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
        Future<String> future = executor.submit(() -> {
            System.out.println("关注why技术");
            return "这次一定！";
        });
        System.out.println("future的内容:" + future.get());
        Thread.currentThread().join();
    }
}

这里利用 lambda 表达式，直接在任务体里面带上一个返回值，这时你看调用的方法就变成了这个：

运行结果也能拿到任务体里面的返回了。输出结果如下：

好，接下来再说说 submit 的任务为 Runable 类型的情况。

这个时候有两个重载的形式：

标号为 ① 的方法扔进去一个 Runable 的任务，返回一个 Future，而这个返回的 Future，相当于是返回了一个寂寞。下面我会说到原因。

标号为 ② 的方法扔进去一个 Runable 的任务的同时，再扔进去一个泛型 T ，而巧好返回的 Future 里面的泛型也是 T，那么我们大胆的猜测一下这就是同一个对象。如果是同一个对象，说明我们可以一个对象传到任务体里面去一顿操作，然后通过 Future 再次拿到这个对象的。一会就去验证。

来，先验证标号为 ① 的方法，我为啥说它返回了一个寂寞。

首先，还是先把测试案例放在这里：

public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
        Future<?> future = executor.submit(() -> {
            System.out.println("关注why技术");
        });
        System.out.println("future的内容:" + future.get());
        Thread.currentThread().join();
    }
}

可以看到，确实是调用的标号为 ① 的方法：

同时，我们也可以看到 future.get() 方法的返回值为 null。

你说，这不是返回了一个寂寞是干啥？

当你想用标号为 ① 的方法时，我劝你直接用 execute 方式提交任务。还不需要构建一个寂寞的返回值，徒增无用对象。

接下来，我们看看标号为 ② 的方法是怎么用的：

public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
        Future<AtomicInteger> future = executor.submit(() -> {
            System.out.println("关注why技术");
            //在这里进行计算逻辑
            atomicInteger.set(5201314);
        }, atomicInteger);

        System.out.println("future的内容:" + future.get());
        Thread.currentThread().join();
    }
}

可以看到改造之后，确实是调用了标号为 ② 的方法：

future.get() 方法的输出值也是异步任务中我们经过计算后得出的 5201314。

好了。综上，线程池的提交方式一共有四种：一种 execute，无返回值。三种 submit，有返回值。

submit 中按照提交任务的类型又分为两种：一个是 Callable，一个是 Runable。

submit 中 Runable 的任务类型又有两个重载方法，一个返回了个寂寞，一个返回了个对象。

这个时候就有人要站出来说：你说的不对，你就是瞎说，明明就只有 execute 这一种提交方式。

是的，“只有 execute 这一种提交方式”这一种说法也是没错的。

请看源码：

三种 submit 方法里面调用的都是 execute 方法。

能把前面这些方法娓娓道来，从表面谈到内在的这种人，才是好人。

只有爱你，才会把你研究透。

当然，还有这几种提交方式，用的不多，就不展开说了：

写到这里我不禁想起了我的第三篇文章，真是奇怪的时间线开始收缩了的感觉，《有的线程它死了，于是它变成一道面试题》，这篇文章里面聊到了不同提交方式，对于异常的不同处理方式。

我就问你：一个线程池中的线程异常了，那么线程池会怎么处理这个线程?

你要是不知道，可以去看看这篇文章，毕竟，有可能在面试的时候遇到的。

好，上面这些东西捋清楚了之后。我们再聚焦到返回值 Future 上：

从上面的代码我们可以看出，当我们想要返回值的时候，都需要调用下面的这个 get() 方法：

而从这个方法的描述可以看出，这是一个阻塞方法。拿不到值就在那里等着。当然，还有一个带超时时间的 get 方法，等指定时间后就不等了。

总之就是有可能要等的。只要等，那么就是阻塞。只要是阻塞，就是一个假异步。

所以总结一下这种场景下返回的 Future 的不足之处：

只有主动调用 get 方法去获取值，但是有可能值还没准备好，就阻塞等待。
任务处理过程中出现异常会把异常隐藏，封装到 Future 里面去，只有调用 get 方法的时候才知道异常了。

写到这里的时候我不禁想起一个形象的例子，我给你举一个。

假设你想约你的女神一起去吃饭。女神嘛，肯定是要先画个美美的妆才会出去逛街的。而女神化妆就可以类比为我们提交的一个异步任务。

假设你是一个小屌丝，那么女神就会对你说：我已经开始化妆了，你到楼下了就给我打电话。

然后你就收拾行头准备出发，这就是你提交异步任务后还可以做一些自己的事情。

你花了一小时到了女神楼下，打电话给她：女神你好，我到你楼下了。

女神说：你先等着吧，我的妆还没画好呢。

于是你开始等待，无尽的等待。这就是不带超时时间的 future.get() 方法。

也有可能你硬气一点，对女神说：我最多再等 24 小时哈，超过 24 小时不下楼，我就走了。

这就是带超时时间的 future.get(timeout，unit) 方法：

结果 24 小时之后，女神还没下来，你就走了。

当然，还有一种情况就是你到楼下给女神打电话，女神说：哎，今天我男神约我出去看电影，就不和你去吃饭了哈。本来我想提前给你说的，但是我又记不起你电话，只有你打过来我才能告诉你。就这样，你自己玩去吧。

这就相当于异步任务执行过程中抛出了异常，而你只有在调用了 get 方法（打电话操作）之后才知道原来异常了。

而真正的异步是你不用等我，我好了我就叫你。

就像女神接到男神的电话时说的：我需要一点时间准备一下，你先玩自己的吧，我一会好了给你打电话。

这让我想起了好莱坞原则：Don't Call Us，We'll Call you！

接下来，让我们见识一下真正的异步。

什么叫真正的：“你先玩自己的，我一会好了叫你。”

Guava 的 Future

女神说的：“好了叫你”。

就是一种回调机制。说到回调，那么我们就需要在异步任务提交之后，注册一个回调函数就行。

Google 提供的 Guava 包里面对 JDK 的 Future 进行了扩展：

新增了一个 addListenter 方法，入参是一个 Runnable 的任务类型和一个线程池。

使用方法，先看代码：

public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ListeningExecutorService executor = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());
        ListenableFuture<String> listenableFuture = executor.submit(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-女神：我开始化妆了，好了我叫你。");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            return "化妆完毕了。";
        });

        listenableFuture.addListener(() -> {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-future的内容:" + listenableFuture.get());
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, executor);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-等女神化妆的时候可以干点自己的事情。");
        Thread.currentThread().join();
    }
}

首先创建线程池的方式变了，需要用 Guava 里面的 MoreExecutors 方法装饰一下：

ListeningExecutorService executor = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());

然后用装饰后的 executor 调用 submit 方法（任意一种），就会返回 ListenableFuture，拿到这个 ListenableFuture 之后，我们就可以在上面注册监听：

所以，上面的程序我们调用的是入参为 callable 类型的接口：

从运行结果可以看出来：获取运行结果是在另外的线程里面执行的，完全没有阻塞主线程。

和之前的“假异步”还是有很大区别的。

除了上面的 addListener 方法外，其实我更喜欢用 FutureCallback 的方式。

可以看一下代码，非常的直观：

public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ListeningExecutorService executor = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());
        ListenableFuture<String> listenableFuture = executor.submit(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-女神：我开始化妆了，好了我叫你。");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            return "化妆完毕了。";
        });
        Futures.addCallback(listenableFuture, new FutureCallback<String>() {
            @Override
            public void onSuccess(@Nullable String result) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-future的内容:" + result);
            }

            @Override
            public void onFailure(Throwable t) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-女神放你鸽子了。");
                t.printStackTrace();
            }
        });
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-等女神化妆的时候可以干点自己的事情。");
        Thread.currentThread().join();
    }
}

有 onSuccess 方法和 onFailure 方法。

上面的程序输出结果为：

如果异步任务执行的时候抛出了异常，比如女神被她的男神约走了，异步任务改成这样：

ListenableFuture<String> listenableFuture = executor.submit(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-女神：我开始化妆了，好了我叫你。");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            throw new Exception("男神约我看电影，就不和你吃饭了。");
        });

最终的运行结果就是这样：

是的，女神去看电影了。她一定只是不想吃饭而已。

加强版的Future - CompletableFuture

第一小节讲的 Future 是 JDK 1.5 时代的产物：

经过了这么多年的发展，Doug Lea 在 JDK 1.8 里面引入了新的 CompletableFuture：

到了 JDK 1.8 时代，这才是真正的异步编程。

CompletableFuture 实现了两个接口，一个是我们熟悉的 Future，一个是 CompletionStage。

CompletionStage接口，你看这个接口的名称中有一个 Stage：

可以把这个接口理解为一个任务的某个阶段。所以多个 CompletionStage 链接在一起就是一个任务链。前一个任务完成后，下一个任务就会自动触发。

CompletableFuture 里面的方法非常的多。

由于篇幅原因，我就只演示一个方法：

public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-女神：我开始化妆了，好了我叫你。");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "化妆完毕了。";
        });

        completableFuture.whenComplete((returnStr, exception) -> {
            if (exception == null) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + returnStr);
            } else {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "女神放你鸽子了。");
                exception.printStackTrace();
            }
        });
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-等女神化妆的时候可以干点自己的事情。");
        Thread.currentThread().join();
    }
}

该方法的执行结果如下：

我们执行的时候并没有指定用什么线程池，但是从结果可以看到也是异步的执行。

从输出日志中是可以看出端倪的，ForkJoinPool.commonPool() 是其默认使用的线程池。

当然，我们也可以自己指定。

这个方法在很多开源框架里面使用的还是非常的多的。

接下来主要看看 CompletableFuture 对于异常的处理。我觉得非常的优雅。

不需要 try-catch 代码块包裹，也不需要调用 Future.get() 才知道异常了，它提供了一个 handle 方法，可以处理上游异步任务中出现的异常：

public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-女神：我开始化妆了，好了我叫你。");
            throw new RuntimeException("男神约我看电影了，我们下次再约吧，你是个好人。");
        }).handleAsync((result, exception) -> {
            if (exception != null) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-女神放你鸽子了！");
                return exception.getCause();
            } else {
                return result;
            }
        }).thenApplyAsync((returnStr) -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-" + returnStr);
            return returnStr;
        });
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-等女神化妆的时候可以干点自己的事情。");
        Thread.currentThread().join();
    }
}

由于女神在化妆的时候，接到男神的电话约她看电影，就只能放你鸽子了。

所以，上面程序的输出结果如下：

如果，你顺利把女神约出来了，是这样的：

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