CompletableFuture 是 Java 8 引入的一个强大的异步编程工具，可以实现任务的并行执行和编排，大幅提升程序的执行效率。本文将深入探讨其核心概念、使用场景和常见操作。
在现代软件开发中，异步编程已经成为提高系统性能和用户体验的重要手段。CompletableFuture 是 Java 8 引入的异步编程工具，它不仅解决了传统 Future 的一些局限性，还提供了更丰富的功能，如函数式编程支持和任务编排。通过合理使用 CompletableFuture，开发者可以在复杂的业务流程中实现更高效的并行处理。
CompletableFuture 的基本概念
CompletableFuture 是 Java 8 引入的一个强大的异步编程工具，它扩展了 Future 接口，并引入了 CompletionStage 接口。Future 接口主要关注任务的执行和结果的获取，而CompletionStage 接口则提供了更丰富的任务编排能力。
CompletableFuture 的核心优势在于其支持链式调用和任务编排。它允许开发者将多个异步任务组合成一个完整的流水线，从而实现更高效的并发处理。例如，一个任务完成后触发另一个任务，或者多个任务并行执行后统一处理结果。
此外，CompletableFuture 还支持函数式编程，这意味着开发者可以使用 lambda 表达式来简化代码逻辑。这种特性使得 CompletableFuture 在处理复杂业务场景时更加灵活和高效。
任务的创建与执行
在使用 CompletableFuture 之前，我们需要了解如何创建和执行异步任务。Java 提供了多种方式来创建 CompletableFuture 对象，包括使用 new 关键字、supplyAsync() 和 runAsync() 方法。
使用 new 关键字
通过 new 关键字创建的 CompletableFuture 对象可以作为 Future 来使用。这种方式适用于那些已经知道结果的场景，例如在某个方法中直接返回一个已知值。例如：
CompletableFuture<RpcResponse<Object>> resultFuture = new CompletableFuture<>();
resultFuture.complete(rpcResponse);
在这种情况下，complete() 方法用于将结果传递给 CompletableFuture，并且一旦调用，后续调用将被忽略。isDone() 方法可以用来检查任务是否已经完成。
使用 supplyAsync()
supplyAsync() 方法用于创建一个异步任务，并返回其结果。它接受一个 Supplier<U> 参数，这个参数是一个函数式接口，用于提供任务的计算逻辑。例如：
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello!");
supplyAsync() 方法使用默认的线程池（通常是 ForkJoinPool）执行任务，但也可以指定自定义线程池以提高性能和控制资源使用。
使用 runAsync()
runAsync() 方法用于创建一个不返回结果的异步任务。它接受一个 Runnable 参数，这是一个函数式接口，用于定义任务的执行逻辑。例如：
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> System.out.println("hello!"));
runAsync() 方法同样可以使用自定义线程池，以更好地管理并发资源。
任务的处理与结果的获取
在创建了 CompletableFuture 对象之后，我们需要对其进行处理以获取其结果。CompletableFuture 提供了多种方法来实现这一点，包括 thenApply()、thenAccept()、thenRun() 和 whenComplete()。
thenApply() 方法
thenApply() 方法接受一个 Function 参数，用于对任务的结果进行转换。例如：
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.completedFuture("hello!")
.thenApply(s -> s + "world!");
在这个示例中，thenApply() 方法将字符串 "hello!" 转换为 "hello!world!"。thenApply() 方法可以用于流式调用，从而实现多个任务的串联处理。
thenAccept() 方法
thenAccept() 方法接受一个 Consumer 参数，用于对任务的结果进行消费。例如：
CompletableFuture.completedFuture("hello!")
.thenApply(s -> s + "world!").thenApply(s -> s + "nice!").thenAccept(System.out::println);
在这个示例中，thenAccept() 方法将最终的结果打印到控制台。thenAccept() 方法适用于不需要返回结果的场景，可以直接对结果进行处理。
thenRun() 方法
thenRun() 方法接受一个 Runnable 参数，用于在任务完成后执行某些操作，但不关心结果。例如：
CompletableFuture.completedFuture("hello!")
.thenApply(s -> s + "world!").thenApply(s -> s + "nice!").thenRun(() -> System.out.println("hello!"));
在这个示例中，thenRun() 方法在任务完成后执行打印操作。thenRun() 方法适用于不需要访问结果的场景，可以用来执行一些清理操作或日志记录。
whenComplete() 方法
whenComplete() 方法接受一个 BiConsumer 参数，用于在任务完成后处理结果或异常。例如：
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.completedFuture("hello!")
.thenApply(s -> s + "world!");
future.whenComplete((result, exception) -> {
if (exception != null) {
System.out.println("任务执行失败: " + exception.getMessage());
} else {
System.out.println("任务执行成功: " + result);
}
});
在这个示例中，whenComplete() 方法用于处理任务的结果或异常。它适用于需要对任务结果进行进一步处理或异常处理的场景。
任务的编排与组合
CompletableFuture 提供了多种方法来编排和组合任务。这些方法可以用于创建任务之间的依赖关系，从而实现更复杂的业务逻辑。例如，thenCompose() 方法可以用于将一个 CompletableFuture 的结果作为另一个任务的输入。
thenCompose() 方法
thenCompose() 方法接受一个 Function 参数，用于将一个 CompletableFuture 的结果作为另一个任务的输入。例如：
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.completedFuture("hello!");
CompletableFuture<String> future2 = future1.thenCompose(f -> {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> f + "world!");
});
在这个示例中，thenCompose() 方法将 future1 的结果作为 future2 的输入，并且 future2 的结果是 "hello!world!"。
thenCombine() 方法
thenCombine() 方法接受一个 Function 参数，用于将两个 CompletableFuture 的结果组合成一个结果。例如：
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.completedFuture("hello!");
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.completedFuture("world!");
CompletableFuture<String> combinedFuture = future1.thenCombine(future2, (s1, s2) -> s1 + s2);
在这个示例中，thenCombine() 方法将 future1 和 future2 的结果组合成一个字符串，结果是 "helloworld!"。
任务的取消与超时处理
CompletableFuture 提供了取消任务和超时处理的功能。cancel() 方法用于取消任务的执行，而 get() 方法可以指定超时时间来避免无限等待。
cancel() 方法
cancel() 方法用于取消 CompletableFuture 的执行。它接受一个布尔参数，表示是否中断正在执行的任务。例如：
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello!");
future.cancel(true);
在这个示例中，cancel() 方法将 future 任务取消，并且如果任务正在执行，则会中断。
get() 方法
get() 方法用于获取 CompletableFuture 的结果，它可以指定超时时间。例如：
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello!");
try {
String result = future.get(1, TimeUnit.SECONDS);
System.out.println(result);
} catch (TimeoutException e) {
System.out.println("任务超时");
}
在这个示例中，get() 方法尝试在 1 秒内获取结果，如果超时则会抛出 TimeoutException 异常。
总结
CompletableFuture 是 Java 8 引入的一个强大异步编程工具，它扩展了 Future 接口，并引入了 CompletionStage 接口。通过合理使用 CompletableFuture，开发者可以在复杂的业务流程中实现更高效的并行处理。其核心功能包括任务的创建、处理与结果获取，以及任务的编排与组合。这些功能使得 CompletableFuture 成为处理异步任务的理想选择。
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