Java工程在主线程执行期间开一个子线程执行任务，主线程等待子线程成功后继续执行

1.使用Runnable来实现：

public class ForkSubThread {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String s = "main";
        CustomRunnable cRunnacle = new CustomRunnable(s);
        Thread thread = new Thread(cRunnacle,"子线程");
        thread.start(); //子线程执行
        System.out.println("主线程做自己的事情");
        thread.join(); //等待子线程执行完毕，这里会阻塞
        System.out.println("获取子线程返回结果："+cRunnacle.getData());
    }

    static final class CustomRunnable implements Runnable {
        private String s;
        public CustomRunnable(String s) {
            this.s = s;
        }
        private String a = "";
        public void run() {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":执行 start");
                Thread.sleep(2000); //子线程停留2秒
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":执行 end");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            a = s + ":sub";
        }
        private String getData() {
            return a;
        }
    }
}

2.使用FutureTask+Callable

public class ForkSubThread {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String s = "main";
        CustomCallable cRunnacle = new CustomCallable(s);
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(cRunnacle);
        Thread thread = new Thread(futureTask,"子线程");
        thread.start(); //子线程执行

        System.out.println("主线程做自己的事情--start");
        System.out.println("获取子线程返回结果："+futureTask.get());//获取返回结果时会阻塞
        System.out.println("主线程做自己的事情--end");

    }

    static final class CustomCallable implements Callable<String> {
        String s;
        public CustomCallable(String s) {
            this.s = s;
        }
        public String call() throws Exception {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":执行 start");
            Thread.sleep(2000); //子线程停留2秒
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":执行 end");
            return s+":sub";
        }
    }
}

3.使用ExecutorService创建线程池（数量为1）的方式

public class ForkSubThread {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //创建一个容量为1的线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
        String s = "main";
        CustomCallable cRunnacle = new CustomCallable(s);
        Future<String> submit = executorService.submit(cRunnacle);
        System.out.println("主线程做自己的事情--start");
        System.out.println("获取子线程返回结果："+submit.get());//获取返回结果时会阻塞
        System.out.println("主线程做自己的事情--end");
        //关闭线程池
        executorService.shutdown();

    }

    static final class CustomCallable implements Callable<String> {
        String s;
        public CustomCallable(String s) {
            this.s = s;
        }
        public String call() throws Exception {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":执行 start");
            Thread.sleep(2000); //子线程停留2秒
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":执行 end");
            return s+":sub";
        }
    }
}

4.如果是需要多个线程并行处理的，可以使用CountDownLanch来进行处理。（CountDownLanch 是一个倒数计数器, 给一个初始值(>=0), 然后每一次调用countDown就会减1, 这很符合等待多个子线程结束的场景: 一个线程结束的时候, countDown一次, 直到所有的线程都countDown了 , 那么所有子线程就都结束了.）

public class ForkSubThread {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //定义线程数
        int subThreadNum = 5;
        //取得一个倒计时器，从5开始
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(subThreadNum);
        //依次创建5个线程，并启动
        for (int i = 0; i < subThreadNum; i++) {
            CustomRunnable customRunnable = new CustomRunnable(i,countDownLatch);
            Thread thread = new Thread(customRunnable,"子线程");
            thread.start(); //子线程执行
        }
        System.out.println("主线程做自己的事情--start");
        //等待所有的子线程结束
        countDownLatch.await();
        System.out.println("主线程做自己的事情--end");
    }

    static final class CustomRunnable implements Runnable {
        private int i;
        private CountDownLatch countDownLatch;
        public CustomRunnable(int i, CountDownLatch countDownLatch) {
            this.i = i;
            this.countDownLatch = countDownLatch;
        }
        private String a = "";
        public void run() {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":执行 start");
                Thread.sleep(2000); //子线程停留2秒
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":执行 end");
                a = "sub:" + i;
                System.out.println(a);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                //线程结束时，将计时器减一
                countDownLatch.countDown();
            }
        }
        private String getData() {
            return a;
        }
    }
}

5.使用Java8 异步非阻塞做法：CompletableFuture （https://mp.weixin.qq.com/s/W3qlMyPc_DZhhy86u18ivw）

创建异步任务

Future.submit
supplyAsync / runAsync

异步回调

thenApply / thenApplyAsync
thenAccept / thenRun
exceptionally
whenComplete
handle

组合处理

thenCombine / thenAcceptBoth / runAfterBoth
applyToEither / acceptEither / runAfterEither
thenCompose
allOf / anyOf

CompletableFuture实现了CompletionStage接口和Future接口，前者是对后者的一个扩展，增加了异步回调、流式处理、多个Future组合处理的能力，使Java在处理多任务的协同工作时更加顺畅便利。

一、创建异步任务

1、Future.submit

通常的线程池接口类ExecutorService，其中execute方法的返回值是void，即无法获取异步任务的执行状态，3个重载的submit方法的返回值是Future，可以据此获取任务执行的状态和结果，示例如下：

@Test
public void test3() throws Exception {
    // 创建异步执行任务:
    ExecutorService executorService= Executors.newSingleThreadExecutor();
    Future<Double> cf = executorService.submit(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        if(false){
            throw new RuntimeException("test");
        }else{
            System.out.println(Thread.currentThread()+" exit,time->"+System.currentTimeMillis());
            return 1.2;
        }
    });
    System.out.println("main thread start,time->"+System.currentTimeMillis());
    //等待子任务执行完成,如果已完成则直接返回结果
    //如果执行任务异常，则get方法会把之前捕获的异常重新抛出
    System.out.println("run result->"+cf.get());
    System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
}

执行结果如下：

子线程是异步执行的，主线程休眠等待子线程执行完成，子线程执行完成后唤醒主线程，主线程获取任务执行结果后退出。

很多博客说使用不带等待时间限制的get方法时，如果子线程执行异常了会导致主线程长期阻塞，这其实是错误的，子线程执行异常时其异常会被捕获，然后修改任务的状态为异常结束并唤醒等待的主线程，get方法判断任务状态发生变更，就终止等待了，并抛出异常。将上述用例中if(false)改成if(true) ，执行结果如下：

get方法抛出异常导致主线程异常终止。

2、supplyAsync / runAsync

supplyAsync表示创建带返回值的异步任务的，相当于ExecutorService submit(Callable<T> task) 方法，runAsync表示创建无返回值的异步任务，相当于ExecutorService submit(Runnable task)方法，这两方法的效果跟submit是一样的，测试用例如下：

@Test
public void test2() throws Exception {
    // 创建异步执行任务，有返回值
    CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        if(true){
            throw new RuntimeException("test");
        }else{
            System.out.println(Thread.currentThread()+" exit,time->"+System.currentTimeMillis());
            return 1.2;
        }
    });
    System.out.println("main thread start,time->"+System.currentTimeMillis());
    //等待子任务执行完成
    System.out.println("run result->"+cf.get());
    System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
}

Test
public void test4() throws Exception {
    // 创建异步执行任务，无返回值
    CompletableFuture cf = CompletableFuture.runAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        if(false){
            throw new RuntimeException("test");
        }else{
            System.out.println(Thread.currentThread()+" exit,time->"+System.currentTimeMillis());
        }
    });
    System.out.println("main thread start,time->"+System.currentTimeMillis());
    //等待子任务执行完成
    System.out.println("run result->"+cf.get());
    System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
}

这两方法各有一个重载版本，可以指定执行异步任务的Executor实现，如果不指定，默认使用ForkJoinPool.commonPool()，如果机器是单核的，则默认使用ThreadPerTaskExecutor，该类是一个内部类，每次执行execute都会创建一个新线程。测试用例如下：

@Test
 public void test2() throws Exception {
     ForkJoinPool pool=new ForkJoinPool();
     // 创建异步执行任务:
     CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
         System.out.println(Thread.currentThread()+" start,time->"+System.currentTimeMillis());
         try {
             Thread.sleep(2000);
         } catch (InterruptedException e) {
         }
         if(true){
             throw new RuntimeException("test");
         }else{
             System.out.println(Thread.currentThread()+" exit,time->"+System.currentTimeMillis());
             return 1.2;
         }
     },pool);
     System.out.println("main thread start,time->"+System.currentTimeMillis());
     //等待子任务执行完成
     System.out.println("run result->"+cf.get());
     System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
 }

@Test
 public void test4() throws Exception {
     ExecutorService executorService= Executors.newSingleThreadExecutor();
     // 创建异步执行任务:
     CompletableFuture cf = CompletableFuture.runAsync(()->{
         System.out.println(Thread.currentThread()+" start,time->"+System.currentTimeMillis());
         try {
             Thread.sleep(2000);
         } catch (InterruptedException e) {
         }
         if(false){
             throw new RuntimeException("test");
         }else{
             System.out.println(Thread.currentThread()+" exit,time->"+System.currentTimeMillis());
         }
     },executorService);
     System.out.println("main thread start,time->"+System.currentTimeMillis());
     //等待子任务执行完成
     System.out.println("run result->"+cf.get());
     System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
 }

二、异步回调

1、thenApply / thenApplyAsync

thenApply 表示某个任务执行完成后执行的动作，即回调方法，会将该任务的执行结果即方法返回值作为入参传递到回调方法中，测试用例如下：

@Test
public void test5() throws Exception {
    ForkJoinPool pool=new ForkJoinPool();
    // 创建异步执行任务:
    CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job1,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job1,time->"+System.currentTimeMillis());
        return 1.2;
    },pool);
    //cf关联的异步任务的返回值作为方法入参，传入到thenApply的方法中
    //thenApply这里实际创建了一个新的CompletableFuture实例
    CompletableFuture<String> cf2=cf.thenApply((result)->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job2,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job2,time->"+System.currentTimeMillis());
        return "test:"+result;
    });
    System.out.println("main thread start cf.get(),time->"+System.currentTimeMillis());
    //等待子任务执行完成
    System.out.println("run result->"+cf.get());
    System.out.println("main thread start cf2.get(),time->"+System.currentTimeMillis());
    System.out.println("run result->"+cf2.get());
    System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
}

其执行结果如下：

job1执行结束后，将job1的方法返回值作为入参传递到job2中并立即执行job2。

thenApplyAsync与thenApply的区别在于，前者是将job2提交到线程池中异步执行，实际执行job2的线程可能是另外一个线程，后者是由执行job1的线程立即执行job2，即两个job都是同一个线程执行的。将上述测试用例中thenApply改成thenApplyAsync后，执行结果如下：

从输出可知，执行job1和job2是两个不同的线程。thenApplyAsync有一个重载版本，可以指定执行异步任务的Executor实现，如果不指定，默认使用ForkJoinPool.commonPool()。

下述的多个方法，每个方法都有两个以Async结尾的方法，一个使用默认的Executor实现，一个使用指定的Executor实现，不带Async的方法是由触发该任务的线程执行该任务，带Async的方法是由触发该任务的线程将任务提交到线程池，执行任务的线程跟触发任务的线程不一定是同一个。

2、thenAccept / thenRun

thenAccept 同 thenApply 接收上一个任务的返回值作为参数，但是无返回值；thenRun 的方法没有入参，也没有返回值，测试用例如下：

@Test
public void test6() throws Exception {
    ForkJoinPool pool=new ForkJoinPool();
    // 创建异步执行任务:
    CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job1,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job1,time->"+System.currentTimeMillis());
        return 1.2;
    },pool);
    //cf关联的异步任务的返回值作为方法入参，传入到thenApply的方法中
    CompletableFuture cf2=cf.thenApply((result)->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job2,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job2,time->"+System.currentTimeMillis());
        return "test:"+result;
    }).thenAccept((result)-> { //接收上一个任务的执行结果作为入参，但是没有返回值
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job3,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(result);
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job3,time->"+System.currentTimeMillis());
    }).thenRun(()->{ //无入参，也没有返回值
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job4,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println("thenRun do something");
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job4,time->"+System.currentTimeMillis());
    });
    System.out.println("main thread start cf.get(),time->"+System.currentTimeMillis());
    //等待子任务执行完成
    System.out.println("run result->"+cf.get());
    System.out.println("main thread start cf2.get(),time->"+System.currentTimeMillis());
    //cf2 等待最后一个thenRun执行完成
    System.out.println("run result->"+cf2.get());
    System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
}

其执行结果如下：

3、 exceptionally

exceptionally方法指定某个任务执行异常时执行的回调方法，会将抛出异常作为参数传递到回调方法中，如果该任务正常执行则会exceptionally方法返回的CompletionStage的result就是该任务正常执行的结果，测试用例如下：

@Test
public void test2() throws Exception {
    ForkJoinPool pool=new ForkJoinPool();
    // 创建异步执行任务:
    CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+"job1 start,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        if(true){
            throw new RuntimeException("test");
        }else{
            System.out.println(Thread.currentThread()+"job1 exit,time->"+System.currentTimeMillis());
            return 1.2;
        }
    },pool);
    //cf执行异常时，将抛出的异常作为入参传递给回调方法
    CompletableFuture<Double> cf2= cf.exceptionally((param)->{
         System.out.println(Thread.currentThread()+" start,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println("error stack trace->");
        param.printStackTrace();
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit,time->"+System.currentTimeMillis());
         return -1.1;
    });
    //cf正常执行时执行的逻辑，如果执行异常则不调用此逻辑
    CompletableFuture cf3=cf.thenAccept((param)->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+"job2 start,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println("param->"+param);
        System.out.println(Thread.currentThread()+"job2 exit,time->"+System.currentTimeMillis());
    });
    System.out.println("main thread start,time->"+System.currentTimeMillis());
    //等待子任务执行完成,此处无论是job2和job3都可以实现job2退出，主线程才退出，如果是cf，则主线程不会等待job2执行完成自动退出了
    //cf2.get时，没有异常，但是依然有返回值，就是cf的返回值
    System.out.println("run result->"+cf2.get());
    System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
}

其输出如下：

抛出异常后，只有cf2执行了，cf3没有执行。将上述示例中的if(true) 改成if(false)，其输出如下：

cf2没有指定，其result就是cf执行的结果，理论上cf2.get应该立即返回的，此处是等待了cf3，即job2执行完成后才返回，具体原因且待下篇源码分析时再做探讨。

4、whenComplete

whenComplete是当某个任务执行完成后执行的回调方法，会将执行结果或者执行期间抛出的异常传递给回调方法，如果是正常执行则异常为null，回调方法对应的CompletableFuture的result和该任务一致，如果该任务正常执行，则get方法返回执行结果，如果是执行异常，则get方法抛出异常。测试用例如下：

@Test
public void test10() throws Exception {
    // 创建异步执行任务:
    CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+"job1 start,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        if(false){
            throw new RuntimeException("test");
        }else{
            System.out.println(Thread.currentThread()+"job1 exit,time->"+System.currentTimeMillis());
            return 1.2;
        }
    });
    //cf执行完成后会将执行结果和执行过程中抛出的异常传入回调方法，如果是正常执行的则传入的异常为null
    CompletableFuture<Double> cf2=cf.whenComplete((a,b)->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+"job2 start,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        if(b!=null){
            System.out.println("error stack trace->");
            b.printStackTrace();
        }else{
            System.out.println("run succ,result->"+a);
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+"job2 exit,time->"+System.currentTimeMillis());
    });
    //等待子任务执行完成
    System.out.println("main thread start wait,time->"+System.currentTimeMillis());
    //如果cf是正常执行的，cf2.get的结果就是cf执行的结果
    //如果cf是执行异常，则cf2.get会抛出异常
    System.out.println("run result->"+cf2.get());
    System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
}

执行结果如下：

将上述示例中的if(false) 改成if(true)，其输出如下：

5、handle

跟whenComplete基本一致，区别在于handle的回调方法有返回值，且handle方法返回的CompletableFuture的result是回调方法的执行结果或者回调方法执行期间抛出的异常，与原始CompletableFuture的result无关了。测试用例如下：

@Test
public void test10() throws Exception {
    // 创建异步执行任务:
    CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+"job1 start,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        if(true){
            throw new RuntimeException("test");
        }else{
            System.out.println(Thread.currentThread()+"job1 exit,time->"+System.currentTimeMillis());
            return 1.2;
        }
    });
    //cf执行完成后会将执行结果和执行过程中抛出的异常传入回调方法，如果是正常执行的则传入的异常为null
    CompletableFuture<String> cf2=cf.handle((a,b)->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+"job2 start,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        if(b!=null){
            System.out.println("error stack trace->");
            b.printStackTrace();
        }else{
            System.out.println("run succ,result->"+a);
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+"job2 exit,time->"+System.currentTimeMillis());
        if(b!=null){
            return "run error";
        }else{
            return "run succ";
        }
    });
    //等待子任务执行完成
    System.out.println("main thread start wait,time->"+System.currentTimeMillis());
    //get的结果是cf2的返回值，跟cf没关系了
    System.out.println("run result->"+cf2.get());
    System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
}

其执行结果如下：

将上述示例中的if(true) 改成if(false)，其输出如下：

三、组合处理

1、thenCombine / thenAcceptBoth / runAfterBoth

这三个方法都是将两个CompletableFuture组合起来，只有这两个都正常执行完了才会执行某个任务，区别在于，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，且该方法有返回值；

thenAcceptBoth同样将两个任务的执行结果作为方法入参，但是无返回值；runAfterBoth没有入参，也没有返回值。注意两个任务中只要有一个执行异常，则将该异常信息作为指定任务的执行结果。测试用例如下：

@Test
public void test7() throws Exception {
    ForkJoinPool pool=new ForkJoinPool();
    // 创建异步执行任务:
    CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job1,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job1,time->"+System.currentTimeMillis());
        return 1.2;
    });
    CompletableFuture<Double> cf2 = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job2,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(1500);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job2,time->"+System.currentTimeMillis());
        return 3.2;
    });
    //cf和cf2的异步任务都执行完成后，会将其执行结果作为方法入参传递给cf3,且有返回值
    CompletableFuture<Double> cf3=cf.thenCombine(cf2,(a,b)->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job3,time->"+System.currentTimeMillis());
        System.out.println("job3 param a->"+a+",b->"+b);
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job3,time->"+System.currentTimeMillis());
        return a+b;
    });

    //cf和cf2的异步任务都执行完成后，会将其执行结果作为方法入参传递给cf3,无返回值
    CompletableFuture cf4=cf.thenAcceptBoth(cf2,(a,b)->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job4,time->"+System.currentTimeMillis());
        System.out.println("job4 param a->"+a+",b->"+b);
        try {
            Thread.sleep(1500);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job4,time->"+System.currentTimeMillis());
    });

    //cf4和cf3都执行完成后，执行cf5，无入参，无返回值
    CompletableFuture cf5=cf4.runAfterBoth(cf3,()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job5,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println("cf5 do something");
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job5,time->"+System.currentTimeMillis());
    });

    System.out.println("main thread start cf.get(),time->"+System.currentTimeMillis());
    //等待子任务执行完成
    System.out.println("cf run result->"+cf.get());
    System.out.println("main thread start cf5.get(),time->"+System.currentTimeMillis());
    System.out.println("cf5 run result->"+cf5.get());
    System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
}

其运行结果如下：

job1 和 job2几乎同时运行，job2比job1先执行完成，等job1退出后，job3和job4几乎同时开始运行，job4先退出，等job3执行完成，job5开始了，等job5执行完成后，主线程退出。

2、applyToEither / acceptEither / runAfterEither

这三个方法都是将两个CompletableFuture组合起来，只要其中一个执行完了就会执行某个任务，其区别在于applyToEither会将已经执行完成的任务的执行结果作为方法入参，并有返回值；

acceptEither同样将已经执行完成的任务的执行结果作为方法入参，但是没有返回值；runAfterEither没有方法入参，也没有返回值。注意两个任务中只要有一个执行异常，则将该异常信息作为指定任务的执行结果。测试用例如下：

@Test
public void test8() throws Exception {
    // 创建异步执行任务:
    CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job1,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job1,time->"+System.currentTimeMillis());
        return 1.2;
    });
    CompletableFuture<Double> cf2 = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job2,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(1500);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job2,time->"+System.currentTimeMillis());
        return 3.2;
    });
    //cf和cf2的异步任务都执行完成后，会将其执行结果作为方法入参传递给cf3,且有返回值
    CompletableFuture<Double> cf3=cf.applyToEither(cf2,(result)->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job3,time->"+System.currentTimeMillis());
        System.out.println("job3 param result->"+result);
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job3,time->"+System.currentTimeMillis());
        return result;
    });

    //cf和cf2的异步任务都执行完成后，会将其执行结果作为方法入参传递给cf3,无返回值
    CompletableFuture cf4=cf.acceptEither(cf2,(result)->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job4,time->"+System.currentTimeMillis());
        System.out.println("job4 param result->"+result);
        try {
            Thread.sleep(1500);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job4,time->"+System.currentTimeMillis());
    });

    //cf4和cf3都执行完成后，执行cf5，无入参，无返回值
    CompletableFuture cf5=cf4.runAfterEither(cf3,()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job5,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println("cf5 do something");
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job5,time->"+System.currentTimeMillis());
    });

    System.out.println("main thread start cf.get(),time->"+System.currentTimeMillis());
    //等待子任务执行完成
    System.out.println("cf run result->"+cf.get());
    System.out.println("main thread start cf5.get(),time->"+System.currentTimeMillis());
    System.out.println("cf5 run result->"+cf5.get());
    System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
}

其运行结果如下：

job1 和job2 同时开始运行，job2先执行完成，然后job4开始执行，理论上job3和job4应该同时开始运行，但是此时只有job4开始执行了，job3是等待job1执行完成后才开始执行，job4先于job3执行完成，然后job5开始执行，等job5执行完成后，主线程退出。上述差异且到下篇源码分析时再做探讨。

3、thenCompose

thenCompose方法会在某个任务执行完成后，将该任务的执行结果作为方法入参然后执行指定的方法，该方法会返回一个新的CompletableFuture实例，如果该CompletableFuture实例的result不为null，则返回一个基于该result的新的CompletableFuture实例；如果该CompletableFuture实例为null，则，然后执行这个新任务，测试用例如下：

@Test
public void test9() throws Exception {
    // 创建异步执行任务:
    CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job1,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job1,time->"+System.currentTimeMillis());
        return 1.2;
    });
    CompletableFuture<String> cf2= cf.thenCompose((param)->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job2,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job2,time->"+System.currentTimeMillis());
        return CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread()+" start job3,time->"+System.currentTimeMillis());
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
            System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job3,time->"+System.currentTimeMillis());
            return "job3 test";
        });
    });
    System.out.println("main thread start cf.get(),time->"+System.currentTimeMillis());
    //等待子任务执行完成
    System.out.println("cf run result->"+cf.get());
    System.out.println("main thread start cf2.get(),time->"+System.currentTimeMillis());
    System.out.println("cf2 run result->"+cf2.get());
    System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
}

其输出如下：

job1执行完成后job2开始执行，等job2执行完成后会把job3返回，然后执行job3，等job3执行完成后，主线程退出。

4、allOf / anyOf

allOf返回的CompletableFuture是多个任务都执行完成后才会执行，只要有一个任务执行异常，则返回的CompletableFuture执行get方法时会抛出异常，如果都是正常执行，则get返回null。

@Test
public void test11() throws Exception {
    // 创建异步执行任务:
    CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job1,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job1,time->"+System.currentTimeMillis());
        return 1.2;
    });
    CompletableFuture<Double> cf2 = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job2,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(1500);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job2,time->"+System.currentTimeMillis());
        return 3.2;
    });
    CompletableFuture<Double> cf3 = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        System.out.println(Thread.currentThread()+" start job3,time->"+System.currentTimeMillis());
        try {
            Thread.sleep(1300);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
          throw new RuntimeException("test");
        System.out.println(Thread.currentThread()+" exit job3,time->"+System.currentTimeMillis());
        return 2.2;
    });
    //allof等待所有任务执行完成才执行cf4，如果有一个任务异常终止，则cf4.get时会抛出异常，都是正常执行，cf4.get返回null
    //anyOf是只有一个任务执行完成，无论是正常执行或者执行异常，都会执行cf4，cf4.get的结果就是已执行完成的任务的执行结果
    CompletableFuture cf4=CompletableFuture.allOf(cf,cf2,cf3).whenComplete((a,b)->{
       if(b!=null){
           System.out.println("error stack trace->");
           b.printStackTrace();
       }else{
           System.out.println("run succ,result->"+a);
       }
    });

    System.out.println("main thread start cf4.get(),time->"+System.currentTimeMillis());
    //等待子任务执行完成
    System.out.println("cf4 run result->"+cf4.get());
    System.out.println("main thread exit,time->"+System.currentTimeMillis());
}

其输出如下：

主线程等待最后一个job1执行完成后退出。anyOf返回的CompletableFuture是多个任务只要其中一个执行完成就会执行，其get返回的是已经执行完成的任务的执行结果，如果该任务执行异常，则抛出异常。将上述测试用例中allOf改成anyOf后，其输出如下：

5.如何给任务设置异步超时时间呢？

现有做法:

当异步任务是一个 RPC 请求时，我们可以设置一个 JSF 超时，以达到异步超时效果。

当请求是一个 R2M 请求时，我们也可以控制 R2M 连接的最大超时时间来达到效果。

这么看好像我们都是在依赖三方中间件的能力来管理任务超时时间？那么就存在一个问题，中间件超时控制能力有限，如果异步任务是中间件 IO 操作 + 本地计算操作怎么办？

用 JSF 超时举一个具体的例子，反编译 JSF 的获取结果代码如下：

public V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
    // 配置的超时时间
    timeout = unit.toMillis(timeout);
    // 剩余等待时间
    long remaintime = timeout - (this.sentTime - this.genTime);
    if (remaintime <= 0L) {
        if (this.isDone()) {
            // 反序列化获取结果
            return this.getNow();
        }
    } else if (this.await(remaintime, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
        // 等待时间内任务完成，反序列化获取结果
        return this.getNow();
    }

    this.setDoneTime();
    // 超时抛出异常
    throw this.clientTimeoutException(false);
}

当这个任务刚好卡在超时边缘完成时，这个任务的耗时时间就变成了超时时间 + 获取结果时间。而获取结果（反序列化）作为纯本地计算操作，耗时长短受 CPU 影响较大。

某些 CPU 使用率高的情况下，就会出现异步任务没能触发抛出异常中断，导致我们无法准确控制超时时间。对上游来说，本次请求全部失败。

解决方式

JDK 9

这类问题非常常见，如大促场景，服务器 CPU 瞬间升高就会出现以上问题。

那么如何解决呢？其实 JDK 的开发大佬们早有研究。在 JDK 9，CompletableFuture 正式提供了 orTimeout、completeTimeout 方法，来准确实现异步超时控制。

public CompletableFuture<T> orTimeout(long timeout, TimeUnit unit) {
    if (unit == null)
        throw new NullPointerException();
    if (result == null)
        whenComplete(new Canceller(Delayer.delay(new Timeout(this), timeout, unit)));
    return this;
}

JDK 9 orTimeout 其实现原理是通过一个定时任务，在给定时间之后抛出异常。如果任务在指定时间内完成，则取消抛异常的操作。

以上代码我们按执行顺序来看下：

首先执行 new Timeout(this)。

static final class Timeout implements Runnable {
    final CompletableFuture<?> f;
    Timeout(CompletableFuture<?> f) { this.f = f; }
    public void run() {
        if (f != null && !f.isDone())
            // 抛出超时异常
            f.completeExceptionally(new TimeoutException());
    }
}

通过源码可以看到，Timeout 是一个实现 Runnable 的类，run() 方法负责给传入的异步任务通过 completeExceptionally CAS 赋值异常，将任务标记为异常完成。

那么谁来触发这个 run() 方法呢？我们看下 Delayer 的实现。

static final class Delayer {
    static ScheduledFuture<?> delay(Runnable command, long delay,
                                    TimeUnit unit) {
        // 到时间触发 command 任务
        return delayer.schedule(command, delay, unit);
    }

    static final class DaemonThreadFactory implements ThreadFactory {
        public Thread newThread(Runnable r) {
            Thread t = new Thread(r);
            t.setDaemon(true);
            t.setName("CompletableFutureDelayScheduler");
            return t;
        }
    }

    static final ScheduledThreadPoolExecutor delayer;
    static {
        (delayer = new ScheduledThreadPoolExecutor(
            1, new DaemonThreadFactory())).
            setRemoveOnCancelPolicy(true);
    }
}

Delayer 其实就是一个单例定时调度器，Delayer.delay(new Timeout(this), timeout, unit) 通过
ScheduledThreadPoolExecutor 实现指定时间后触发 Timeout 的 run() 方法。

到这里就已经实现了超时抛出异常的操作。但当任务完成时，就没必要触发 Timeout 了。因此我们还需要实现一个取消逻辑。

static final class Canceller implements BiConsumer<Object, Throwable> {
    final Future<?> f;
    Canceller(Future<?> f) { this.f = f; }
    public void accept(Object ignore, Throwable ex) {
        if (ex == null && f != null && !f.isDone())
        // 3 未触发抛异常任务则取消
            f.cancel(false);
    }
}

当任务执行完成，或者任务执行异常时，我们也就没必要抛出超时异常了。因此我们可以把 delayer.schedule(command, delay, unit) 返回的定时超时任务取消，不再触发 Timeout。当我们的异步任务完成，并且定时超时任务未完成的时候，就是我们取消的时机。因此我们可以通过 whenComplete(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action) 来完成。

Canceller 就是一个 BiConsumer 的实现。其持有了 delayer.schedule(command, delay, unit) 返回的定时超时任务，accept(Object ignore, Throwable ex) 实现了定时超时任务未完成后，执行 cancel(boolean mayInterruptIfRunning) 取消任务的操作。

JDK 8

如果我们使用的是 JDK 9 或以上，我们可以直接用 JDK 的实现来完成异步超时操作。那么 JDK 8 怎么办呢？

其实我们也可以根据上述逻辑简单实现一个工具类来辅助。

以下是我们营销自己的工具类以及用法，贴出来给大家作为参考，大家也可以自己写的更优雅一些~

调用方式：

CompletableFutureExpandUtils.orTimeout(异步任务, 超时时间, 时间单位);

工具类源码：

package com.jd.jr.market.reduction.util;

import com.jdpay.market.common.exception.UncheckedException;

import java.util.concurrent.*;
import java.util.function.BiConsumer;

/**
 * CompletableFuture 扩展工具
 *
 * @author zhangtianci7
 */
public class CompletableFutureExpandUtils {

    /**
     * 如果在给定超时之前未完成，则异常完成此 CompletableFuture 并抛出 {@link TimeoutException} 。
     *
     * @param timeout 在出现 TimeoutException 异常完成之前等待多长时间，以 {@code unit} 为单位
     * @param unit    一个 {@link TimeUnit}，结合 {@code timeout} 参数，表示给定粒度单位的持续时间
     * @return 入参的 CompletableFuture
     */
    public static <T> CompletableFuture<T> orTimeout(CompletableFuture<T> future, long timeout, TimeUnit unit) {
        if (null == unit) {
            throw new UncheckedException("时间的给定粒度不能为空");
        }
        if (null == future) {
            throw new UncheckedException("异步任务不能为空");
        }
        if (future.isDone()) {
            return future;
        }

        return future.whenComplete(new Canceller(Delayer.delay(new Timeout(future), timeout, unit)));
    }

    /**
     * 超时时异常完成的操作
     */
    static final class Timeout implements Runnable {
        final CompletableFuture<?> future;

        Timeout(CompletableFuture<?> future) {
            this.future = future;
        }

        public void run() {
            if (null != future && !future.isDone()) {
                future.completeExceptionally(new TimeoutException());
            }
        }
    }

    /**
     * 取消不需要的超时的操作
     */
    static final class Canceller implements BiConsumer<Object, Throwable> {
        final Future<?> future;

        Canceller(Future<?> future) {
            this.future = future;
        }

        public void accept(Object ignore, Throwable ex) {
            if (null == ex && null != future && !future.isDone()) {
                future.cancel(false);
            }
        }
    }

    /**
     * 单例延迟调度器，仅用于启动和取消任务，一个线程就足够
     */
    static final class Delayer {
        static ScheduledFuture<?> delay(Runnable command, long delay, TimeUnit unit) {
            return delayer.schedule(command, delay, unit);
        }

        static final class DaemonThreadFactory implements ThreadFactory {
            public Thread newThread(Runnable r) {
                Thread t = new Thread(r);
                t.setDaemon(true);
                t.setName("CompletableFutureExpandUtilsDelayScheduler");
                return t;
            }
        }

        static final ScheduledThreadPoolExecutor delayer;

        static {
            delayer = new ScheduledThreadPoolExecutor(1, new DaemonThreadFactory());
            delayer.setRemoveOnCancelPolicy(true);
        }
    }
}

posted @ 2023-03-15 09:09 WK_BlogYard 阅读(1314) 评论(0) 编辑收藏举报

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历史上的今天：
2022-03-15 Redis 可以用来做消息队列么？
2022-03-15 java NIO整理
2022-03-15 java中的IO整理

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2025年3月

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WK_BlogYard

很多东西不是你觉得有用才去学,而是你学了才知道有用!

Java工程在主线程执行期间开一个子线程执行任务，主线程等待子线程成功后继续执行

一、创建异步任务

1、Future.submit

2、supplyAsync / runAsync

二、异步回调

1、thenApply / thenApplyAsync

2、thenAccept / thenRun

3、 exceptionally

4、whenComplete

5、handle

三、组合处理

1、thenCombine / thenAcceptBoth / runAfterBoth

2、applyToEither / acceptEither / runAfterEither

3、thenCompose

4、allOf / anyOf

现有做法:

解决方式

JDK 9

JDK 8

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