Java 8 CompletableFuture 对比 ES6 Promise

JavaScript 语言的执行环境是单线程的，异步编程对于 JavaScript 来说必不可少。JavaScript 传统异步解决方案主要是通过回调函数，而回调函数最大的问题就是 Callback Hell。所以 ES6 标准提供的 Promise 对象，专门用于解决异步编程的问题。

而 Java 语言是一个支持多线程的语言，语法以同步为主，在实际开发中很少需要用到大量的异步编程。但是要想追求更高的性能，异步通常是更好的选择。例如 Servlet 3 的异步支持、Spring 5 提供的 Spring WebFlux 等，都是为了追求更高的性能。和 JavaScript 一样，传统的 Callback 方式处理 Java 异步也会有 Callback Hell 问题，所以在 Java 8 中新增了和 ES6 的 Promise 类似的对象： java.util.concurrent.CompletableFuture 。

创建 Promise

在 JavaScript 中创建 Promise 对象：

const promise = new Promise(function(resolve, reject) {
    if (success){
        // 成功
        resolve(value);  
    } else {
        // 失败
        reject(error);   
    }
});

例如，jQuery 传统的使用回调函数的 ajax 写法是这样的：

$.ajax({
    url: "/url",
    success: function(data) {
        // 成功
    },
    error: function(jqXHR, textStatus, error) {
        // 失败
    }
});

如果要把它封装一下，返回一个 Promise 对象，可以这样来写：

function promisifyAjax(url) {
    const promise = new Promise(function(resolve, reject) {
        $.ajax({
            url: url,
            success: function(data) {
                // 将 Promise 更新为成功状态
                resolve(data);   
            },
            error: function(jqXHR, textStatus, error) {
                // 将 Promise 更新为失败状态
                reject(error);   
            }
        });
    });
    return promise;
}

调用这个封装好的 promisifyAjax 方法：

promisifyAjax("/url").then(function(data) {
    // 成功
}).catch(function(error) {
    // 失败
});

创建 CompletableFuture

在 Java 中创建 CompletableFuture 对象：

CompletableFuture<String> completableFuture = new CompletableFuture<>();
if (success) {
    completableFuture.complete("任务成功");
} else {
    completableFuture.completeExceptionally(new RuntimeException("任务失败"));
}

CompletableFuture 可以使用泛型，用于指定这个任务成功后返回的结果的数据类型。

这里可以用 OkHttp 的异步请求来实战使用一下 CompletableFuture。OkHttp 异步请求的官方示例中使用的异步实现方式是基于 Callback 回调的方式：

private final OkHttpClient client = new OkHttpClient();

public void run() throws Exception {
    Request request = new Request.Builder()
        .url("http://publicobject.com/helloworld.txt")
        .build();
    
    client.newCall(request).enqueue(new Callback() {
        @Override 
        public void onFailure(Call call, IOException e) {
            // HTTP 请求异常
            e.printStackTrace();  
        }
        
        @Override 
        public void onResponse(Call call, Response response) throws IOException {
            try (ResponseBody responseBody = response.body()) {
                if (!response.isSuccessful()) { 
                    // 响应状态码异常
                    throw new IOException("Unexpected code " + response);
                } else {
                    // 成功
                    System.out.println(responseBody.string());  
                }
            }
        }
    });
}

下面将这个异步请求封装为一个返回 CompletableFuture 的方法：

public static CompletableFuture<String> asyncRequest(String url) {
    CompletableFuture<String> completableFuture = new CompletableFuture<>();

    Request request = new Request.Builder()
        .url(url)
        .build();
    
    client.newCall(request).enqueue(new Callback() {
        @Override 
        public void onFailure(Call call, IOException e) {
            // HTTP 请求异常
            completableFuture.completeExceptionally(e);  
        }
        
        @Override 
        public void onResponse(Call call, Response response) throws IOException {
            try (ResponseBody responseBody = response.body()) {
                if (!response.isSuccessful()) { 
                    // 响应状态码异常
                    completableFuture.completeExceptionally(new IOException("Unexpected code " + response));
                } else {   
                    // 成功
                    completableFuture.complete(responseBody.string());
                }
            }
        }
    });
}

使用封装好的 asyncRequest() 方法：

asyncRequest("/url").thenAccept(responseText -> {
    // 成功
}).exceptionally(e -> {
    // 失败
});

可以看到这个写法几乎和 ES6 Promise 写法一样。

上面基于 jQuery.ajax() 函数封装并返回 Promise 对象，是为了学习 Promise 对象是如何创建的。实际上，已经有非常优秀的开源项目 Axios，它是一个基于 Promise 的 HTTP 客户端，既支持浏览器 Ajax，又支持 Node.js：

axios.get('/user?ID=12345')
    .then(function (response) {
        // handle success
        console.log(response);
    })
    .catch(function (error) {
        // handle error
        console.log(error);
    });

同样，在 Java 11 版本中新增了 java.net.http.HttpClient，纯天然支持 CompletableFuture：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    HttpClient client = HttpClient.newBuilder().build();
    HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
            .uri(URI.create("http://xxx.com/"))
            .build();
    CompletableFuture<HttpResponse<String>> responseFuture = client.sendAsync(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());
    
    responseFuture.thenAccept(response -> {
        System.out.println(response.body());
    }).exceptionally(e -> {
        System.out.println(e);
        return null;
    });

    // 防止主线程结束后程序停止
    Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
}

then 的链式调用

ES6 Promise 的 then 方法的返回值同样是一个 Promise，所以可以链式调用：

axios.get('/request1')
    .then(function (response) {
        // 把第一个请求的结果作为第二个请求的参数，并且返回一个新的 Promise 作为下一个 then 的结果
        const newPromise = axios.get('/request2?param=' + response);
        return newPromise;
    })
    .then(function (response) {
        // 输出第二个请求的结果
        console.log(response);
    })
    .catch(function (error) {
        console.log(error);
    });

Java CompletableFuture 可通过 thenCompose 方法来实现多个 CompletableFuture 链式调用：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    HttpClient client = HttpClient.newBuilder().build();
    HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
            .uri(URI.create("http://foo.com/"))
            .build();
    CompletableFuture<HttpResponse<String>> responseFuture = client.sendAsync(request, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());

    responseFuture.thenCompose(response -> {
        // 把第一个请求的结果作为第二个请求的参数
        HttpRequest request2 = HttpRequest.newBuilder()
                .uri(URI.create("http://foo.com/?param=" + response.body()))
                .build();
        // 这里必须返回一个新的 CompletableFuture 作为下一个 then 的结果
        CompletableFuture<HttpResponse<String>> responseFuture2 = client.sendAsync(request2, HttpResponse.BodyHandlers.ofString());
        return responseFuture2;
    }).thenAccept(response -> {
        // 输出第二个请求的结果
        System.out.println(response);
    }).exceptionally(e -> {
        e.printStackTrace();
        return null;
    });

    // 防止主线程结束后程序停止
    Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE); 
}

Promise 中的工具方法：

• Promise.all() 用于将多个 Promise 包装成一个新的 Promise，相当于让所有任务同时进行，当所有任务都成功后，新的 Promise 才会变为成功状态，只要有一个任务失败，新的 Promise 就会变为失败状态

  // 同时执行 3 个异步任务
  const allPromise = Promise.all([promise1, promise2, promise3]);
  allPromise.then(([result1, result2, result3]) => {
      // 3 个异步任务全部成功后，这里可以拿到所有任务的结果
  }).catch(err => {
      // 只要有一个任务失败，最终结果就是失败
  });

• Promise.race() 用于让多个任务同时进行，只要有一个任务执行完成后（无论成功还是失败），返回的新的 Promise 就会跟随着变更状态

  // 发起 HTTP 请求，5 秒内没有响应则超时失败
  Promise.race([
      httpGet('http://example.com/file.txt'),
      delay(5000).then(function () {
          throw new Error('timeout');
      })
  ])

CompletableFuture 中也提供了上述类似的静态方法：

static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs)
static CompletableFuture<Object> anyOf(CompletableFuture<?>... cfs)

其中，CompletableFuture 的 allOf() 方法类似于 Promise.all()， anyOf() 方法类似于 Promise.race()。

其中有一个区别是 CompletableFuture 的 allOf() 方法返回的是一个 CompletableFuture<Void>，也就是拿不到异步任务的执行结果。如果想要像 Promise.all() 一样拿到每一个任务的执行结果，可以对这个方法再进行一下封装：

public static <T> CompletableFuture<List<T>> all(CompletableFuture<T> ... cfs) {
    return CompletableFuture.allOf(cfs)
            .thenApply(v -> Stream.of(cfs)
                    .map(future -> future.join())
                    .collect(Collectors.toList()));
}

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