CompletableFuture的深入浅出

在Java中，异步编程是一种常见的编程模式，用于处理需要等待的操作，例如网络请求、数据库查询等。Java 8引入了CompletableFuture类，它提供了一种简单而强大的方式来进行异步编程。本文将深入浅出地介绍CompletableFuture，并展示其使用方式。

什么是CompletableFuture

CompletableFuture是Java中的一个类，它实现了CompletionStage接口，用于支持异步编程和操作的组合。它提供了一种更加优雅和灵活的方式来处理异步任务，可以方便地进行任务的串行、并行、组合和异常处理。

CompletableFuture的基本用法

首先，我们来看一个简单的示例，演示如何创建和使用CompletableFuture。

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class CompletableFutureExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个CompletableFuture对象
        CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            // 模拟耗时操作
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "Hello, CompletableFuture!";
        });

        // 注册回调函数，当任务完成时执行
        future.thenAccept(result -> System.out.println("Result: " + result));

        // 主线程不阻塞，继续执行其他操作
        System.out.println("Doing something else...");

        // 等待异步任务完成
        future.join();
    }
}

在上面的示例中，我们通过CompletableFuture.supplyAsync()方法创建了一个异步任务，该任务会在一个新的线程中执行。任务的执行过程中，我们模拟了一个耗时操作，然后返回一个字符串结果。

接下来，我们使用thenAccept()方法注册了一个回调函数，该函数会在任务完成时被执行，并打印任务的结果。注意，回调函数会在主线程中执行，因此可以安全地进行UI更新等操作。

在主线程中，我们可以继续执行其他操作，而不需要等待异步任务完成。最后，我们使用join()方法等待异步任务的完成。

运行上述代码，你将看到如下输出：

Doing something else...
Result: Hello, CompletableFuture!

这个示例展示了CompletableFuture的基本用法，包括创建异步任务、注册回调函数和等待任务完成。

CompletableFuture的进阶用法

除了基本用法外，CompletableFuture还提供了丰富的方法来进行任务的组合、转换和异常处理。下面我们将介绍一些常用的进阶用法。

串行执行任务

CompletableFuture允许我们串行执行多个任务，其中一个任务的结果可以作为下一个任务的输入。我们可以使用thenApply()方法来实现这个功能。

CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello")
        .thenApply(result -> result + ", CompletableFuture!")
        .thenApply(result -> result.toUpperCase());

future.thenAccept(result -> System.out.println("Result: " + result));

在上面的示例中，我们首先创建了一个异步任务，该任务返回字符串"Hello"。然后，我们使用thenApply()方法将一个函数应用于任务的结果，将其与另一个字符串拼接，并将结果转换为大写。最后，我们注册了一个回调函数来处理最终的结果。

并行执行任务

CompletableFuture还支持并行执行多个任务，并在所有任务完成后进行处理。我们可以使用thenCombine()方法来实现这个功能。

CompletableFuture future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");
CompletableFuture future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "CompletableFuture!");

CompletableFuture combinedFuture = future1.thenCombine(future2, (result1, result2) -> result1 + ", " + result2);

combinedFuture.thenAccept(result -> System.out.println("Result: " + result));

在上面的示例中，我们创建了两个异步任务future1和future2，它们分别返回字符串"Hello"和"CompletableFuture!"。然后，我们使用thenCombine()方法将这两个任务的结果进行合并，并应用一个函数来处理合并后的结果。最后，我们注册了一个回调函数来处理最终的结果。

异常处理

在异步编程中，异常处理是一个重要的方面。CompletableFuture提供了一些方法来处理任务执行过程中可能发生的异常，例如exceptionally()和handle()方法。

CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个可能抛出异常的操作
    if (Math.random() < 0.5) {
        throw new RuntimeException("Oops, something went wrong!");
    }
    return 42;
});

future.exceptionally(ex -> {
    System.out.println("Exception occurred: " + ex.getMessage());
    return -1;
});

future.thenAccept(result -> System.out.println("Result: " + result));

在上面的示例中，我们创建了一个异步任务，该任务可能抛出一个运行时异常。我们使用exceptionally()方法来处理异常情况，并返回一个默认值。然后，我们注册了一个回调函数来处理任务的结果。

超时处理

有时候，我们希望在任务执行时间超过一定阈值时进行超时处理。CompletableFuture提供了completeOnTimeout()和orTimeout()方法来实现这个功能。

CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时操作
    try {
        Thread.sleep(5000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Hello, CompletableFuture!";
});

future.orTimeout(3000, TimeUnit.MILLISECONDS)
        .exceptionally(ex -> "Timeout occurred!")
        .thenAccept(result -> System.out.println("Result: " + result));

在上面的示例中，我们创建了一个耗时的异步任务，它会在5秒后返回结果。我们使用orTimeout()方法设置一个超时时间为3秒，并在超时时返回一个默认值。然后，我们注册了一个回调函数来处理最终的结果。

总结

本文深入浅出地介绍了CompletableFuture的基本用法和进阶用法。我们学习了如何创建和使用CompletableFuture，以及如何串行执行任务、并行执行任务、处理异常和处理超时。CompletableFuture提供了一种强大而灵活的方式来进行异步编程，帮助我们编写更加高效和可维护的代码。

希望本文能够帮助你理解和使用CompletableFuture，并在实际项目中发挥作用。如果你对异步编程和CompletableFuture有更多的兴趣，可以查阅官方文档和其他相关资源进行深入学习。

参考资料：

• Java 8 CompletableFuture