Flink 源码（六）:阅读 Flink 源码前必会的知识（一）Java 8 异步编程 CompletableFuture 全解析（一）

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0 简介

1 异步编程

　　通常来说，程序都是顺序执行，同一时刻只会发生一件事情。如果一个函数依赖于另一个函数的结果，它只能等待那个函数结束才能继续执行，从用户角度来说，整个程序才算执行完毕。

　　但现在的计算机普遍拥有多核 CPU，在那里干等着毫无意义，完全可以在另一个处理器内核上干其他工作，耗时长的任务结束之后会主动通知你。这就是异步编程的出发点：充分使用多核 CPU 的优势，最大程度提高程序性能。

　　一句话来说：所谓异步编程，就是实现一个无需等待被调用函数的返回值而让操作继续运行的方法。

2 抛出一个问题：如何实现烧水泡茶的程序

 最后我们会使用传统方式和 Java8 异步编程方式分别实现，来对比一下实现复杂度。

3、Java5 的 Future 实现的异步编程

　　Future 是 Java 5 添加的类，用来描述一个异步计算的结果。你可以使用 isDone() 方法检查计算是否完成，或者使用 get() 方法阻塞住调用线程，直到计算完成返回结果，也可以使用 cancel() 方法停止任务的执行。

 public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(5);
        Future<Integer> f = es.submit(() -> 100);
        System.out.println(f.get());
        es.shutdown();
    }

　　虽然 Future 提供了异步执行任务的能力，但是对于结果的获取却是很不方便，只能通过阻塞或者轮询的方式得到任务的结果。阻塞的方式显然和我们异步编程的初衷相违背，轮询的方式又会耗费无谓的 CPU 资源，而且也不能及时的获取结果。

　　当然，很多其他的语言采用回调的方式来实现异步编程，比如 Node.js；Java 的一些框架，比如 Netty，Google Guava 也扩展了 Future 接口，提供了很多回调的机制，封装了工具类，辅助异步编程开发。

　　Java 作为老牌编程语言，自然也不会落伍。在 Java 8 中，新增了一个包含 50 多个方法的类：CompletableFuture，提供了非常强大的 Future 扩展功能，可以帮助我们简化异步编程的复杂性，提供函数式编程的能力。

4、CompletableFuture 类功能概览

如下图是 CompletableFuture 实现的接口：

它实现了 Future 接口，拥有 Future 所有的特性，比如可以使用 get() 方法获取返回值等；还实现了 CompletionStage 接口，这个接口有超过 40 个方法，功能太丰富了，它主要是为了编排任务的工作流。

我们可以把工作流和工作流之间的关系分类为三种：串行关系，并行关系，汇聚关系。

• 串行关系

 提供了如下的 api 来实现（先大致浏览一遍）：

CompletionStage<R> thenApply(fn);
CompletionStage<R> thenApplyAsync(fn);
CompletionStage<Void> thenAccept(consumer);
CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(consumer);
CompletionStage<Void> thenRun(action);
CompletionStage<Void> thenRunAsync(action);
CompletionStage<R> thenCompose(fn);
CompletionStage<R> thenComposeAsync(fn);

并行关系

多线程异步执行就是并行关系

• 汇聚关系

汇聚关系，又分为 AND 汇聚关系和 OR 汇聚关系：

AND 汇聚关系，就是所有依赖的任务都完成之后再执行；OR 汇聚关系，就是依赖的任务中有一个执行完成，就开始执行。

AND 汇聚关系由这些接口表达：

CompletionStage<R> thenCombine(other, fn);
CompletionStage<R> thenCombineAsync(other, fn);
CompletionStage<Void> thenAcceptBoth(other, consumer);
CompletionStage<Void> thenAcceptBothAsync(other, consumer);
CompletionStage<Void> runAfterBoth(other, action);
CompletionStage<Void> runAfterBothAsync(other, action);

OR 汇聚关系由这些接口来表达：

CompletionStage applyToEither(other, fn);
CompletionStage applyToEitherAsync(other, fn);
CompletionStage acceptEither(other, consumer);
CompletionStage acceptEitherAsync(other, consumer);
CompletionStage runAfterEither(other, action);
CompletionStage runAfterEitherAsync(other, action);