Future

重点是要掌握 CompletableFuture 的使用以及常见面试题。

除了下面的面试题之外，还推荐你看看我写的这篇文章： CompletableFuture 详解。

Future 类有什么用？

Future 类是异步思想的典型运用，主要用在一些需要执行耗时任务的场景，避免程序一直原地等待耗时任务执行完成，执行效率太低。具体来说是这样的：当我们执行某一耗时的任务时，可以将这个耗时任务交给一个子线程去异步执行，同时我们可以干点其他事情，不用傻傻等待耗时任务执行完成。等我们的事情干完后，我们再通过 Future 类获取到耗时任务的执行结果。这样一来，程序的执行效率就明显提高了。

这其实就是多线程中经典的 Future 模式，你可以将其看作是一种设计模式，核心思想是异步调用，主要用在多线程领域，并非 Java 语言独有。

在 Java 中，Future 类只是一个泛型接口，位于 java.util.concurrent 包下，其中定义了 5 个方法，主要包括下面这 4 个功能：

取消任务；
判断任务是否被取消;
判断任务是否已经执行完成;
获取任务执行结果。

// V 代表了Future执行的任务返回值的类型
public interface Future<V> {
    // 取消任务执行
    // 成功取消返回 true，否则返回 false
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    // 判断任务是否被取消
    boolean isCancelled();
    // 判断任务是否已经执行完成
    boolean isDone();
    // 获取任务执行结果
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    // 指定时间内没有返回计算结果就抛出 TimeOutException 异常
    V get(long timeout, TimeUnit unit)

        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutExceptio

}

简单理解就是：我有一个任务，提交给了 Future 来处理。任务执行期间我自己可以去做任何想做的事情。并且，在这期间我还可以取消任务以及获取任务的执行状态。一段时间之后，我就可以 Future 那里直接取出任务执行结果。

Callable 和 Future 有什么关系？

我们可以通过 FutureTask 来理解 Callable 和 Future 之间的关系。

FutureTask 提供了 Future 接口的基本实现，常用来封装 Callable 和 Runnable，具有取消任务、查看任务是否执行完成以及获取任务执行结果的方法。ExecutorService.submit() 方法返回的其实就是 Future 的实现类 FutureTask 。

<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
Future<?> submit(Runnable task);

FutureTask 不光实现了 Future接口，还实现了Runnable 接口，因此可以作为任务直接被线程执行。

FutureTask 有两个构造函数，可传入 Callable 或者 Runnable 对象。实际上，传入 Runnable 对象也会在方法内部转换为Callable 对象。

public FutureTask(Callable<V> callable) {
    if (callable == null)
        throw new NullPointerException();
    this.callable = callable;
    this.state = NEW;
}
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
    // 通过适配器RunnableAdapter来将Runnable对象runnable转换成Callable对象
    this.callable = Executors.callable(runnable, result);
    this.state = NEW;
}

FutureTask相当于对Callable 进行了封装，管理着任务执行的情况，存储了 Callable 的 call 方法的任务执行结果。

关于更多 Future 的源码细节，可以肝这篇万字解析，写的很清楚：Java 是如何实现 Future 模式的？万字详解！。

CompletableFuture 类有什么用？

Future 在实际使用过程中存在一些局限性，比如不支持异步任务的编排组合、获取计算结果的 get() 方法为阻塞调用。

Java 8 才被引入CompletableFuture 类可以解决Future 的这些缺陷。CompletableFuture 除了提供了更为好用和强大的 Future 特性之外，还提供了函数式编程、异步任务编排组合（可以将多个异步任务串联起来，组成一个完整的链式调用）等能力。

下面我们来简单看看 CompletableFuture 类的定义。

public class CompletableFuture<T> implements Future<T>, CompletionStage<T> {
}

可以看到，CompletableFuture 同时实现了 Future 和 CompletionStage 接口。

CompletionStage 接口描述了一个异步计算的阶段。很多计算可以分成多个阶段或步骤，此时可以通过它将所有步骤组合起来，形成异步计算的流水线。

CompletionStage 接口中的方法比较多，CompletableFuture 的函数式能力就是这个接口赋予的。从这个接口的方法参数你就可以发现其大量使用了 Java8 引入的函数式编程。

⭐️一个任务需要依赖另外两个任务执行完之后再执行，怎么设计？

这种任务编排场景非常适合通过CompletableFuture实现。这里假设要实现 T3 在 T2 和 T1 执行完后执行。

代码如下（这里为了简化代码，用到了 Hutool 的线程工具类 ThreadUtil 和日期时间工具类 DateUtil）：

// T1
CompletableFuture<Void> futureT1 = CompletableFuture.runAsync(() -> {
    System.out.println("T1 is executing. Current time：" + DateUtil.now());
    // 模拟耗时操作
    ThreadUtil.sleep(1000);
});
// T2
CompletableFuture<Void> futureT2 = CompletableFuture.runAsync(() -> {
    System.out.println("T2 is executing. Current time：" + DateUtil.now());
    ThreadUtil.sleep(1000);
});

// 使用allOf()方法合并T1和T2的CompletableFuture，等待它们都完成
CompletableFuture<Void> bothCompleted = CompletableFuture.allOf(futureT1, futureT2);
// 当T1和T2都完成后，执行T3
bothCompleted.thenRunAsync(() -> System.out.println("T3 is executing after T1 and T2 have completed.Current time：" + DateUtil.now()));
// 等待所有任务完成，验证效果
ThreadUtil.sleep(3000);

通过 CompletableFuture 的 allOf() 这个静态方法来并行运行 T1 和 T2，当 T1 和 T2 都完成后，再执行 T3。

⭐️使用 CompletableFuture，有一个任务失败，如何处理异常？

使用 CompletableFuture的时候一定要以正确的方式进行异常处理，避免异常丢失或者出现不可控问题。

下面是一些建议：

使用 whenComplete 方法可以在任务完成时触发回调函数，并正确地处理异常，而不是让异常被吞噬或丢失。
使用 exceptionally 方法可以处理异常并重新抛出，以便异常能够传播到后续阶段，而不是让异常被忽略或终止。
使用 handle 方法可以处理正常的返回结果和异常，并返回一个新的结果，而不是让异常影响正常的业务逻辑。
使用 CompletableFuture.allOf 方法可以组合多个 CompletableFuture，并统一处理所有任务的异常，而不是让异常处理过于冗长或重复。
……

⭐️在使用 CompletableFuture 的时候为什么要自定义线程池？

CompletableFuture 默认使用全局共享的 ForkJoinPool.commonPool() 作为执行器，所有未指定执行器的异步任务都会使用该线程池。这意味着应用程序、多个库或框架（如 Spring、第三方库）若都依赖 CompletableFuture，默认情况下它们都会共享同一个线程池。

虽然 ForkJoinPool 效率很高，但当同时提交大量任务时，可能会导致资源竞争和线程饥饿，进而影响系统性能。

为避免这些问题，建议为 CompletableFuture 提供自定义线程池，带来以下优势：

隔离性：为不同任务分配独立的线程池，避免全局线程池资源争夺。
资源控制：根据任务特性调整线程池大小和队列类型，优化性能表现。
异常处理：通过自定义 ThreadFactory 更好地处理线程中的异常情况。

private ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(10, 10,
        0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
        new LinkedBlockingQueue<Runnable>());

CompletableFuture.runAsync(() -> {
     //...
}, executor);

来源引用

https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/blob/main/docs/java/concurrent/java-concurrent-questions-03.md