使用 CompletableFuture 实现异步编程

在现代 Java 开发中，异步编程是一项重要技能。而 CompletableFuture 是从 Java 8 开始提供的一个功能强大的工具，用于简化异步任务的编写和组合。本文将详细介绍 CompletableFuture 的基本使用和一些常见的应用场景。

1. 为什么选择 CompletableFuture？

传统的异步编程通常依赖于回调或 Future，但这些方法存在一些缺陷：

回调地狱：嵌套层级多，代码难以阅读。
Future 的 get() 方法是阻塞的，无法真正实现非阻塞式编程。

CompletableFuture 的优势在于：

支持非阻塞操作。
提供丰富的 API 用于任务的组合和处理。
更好的错误处理机制。

2. 基本用法

创建一个 CompletableFuture

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class CompletableFutureExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个异步任务
        CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000); // 模拟耗时操作
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            return "Hello, CompletableFuture!";
        });

        // 非阻塞地获取结果
        future.thenAccept(result -> System.out.println("Result: " + result));

        System.out.println("Main thread is not blocked");

        // 防止主线程退出过早
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

输出

Main thread is not blocked
Result: Hello, CompletableFuture!

3. 任务组合

thenApply: 转换结果

thenApply 方法用于将异步任务的结果转换为另一种类型。

CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "42")
    .thenApply(Integer::parseInt)
    .thenApply(num -> num * 2);

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

thenCompose: 链式调用

thenCompose 用于在一个任务完成后启动另一个异步任务。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello")
    .thenCompose(s -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> s + " World!"));

future.thenAccept(System.out::println);

thenCombine: 合并两个任务

thenCombine 用于合并两个独立的异步任务的结果。

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "World");

CompletableFuture<String> result = future1.thenCombine(future2, (s1, s2) -> s1 + " " + s2);
result.thenAccept(System.out::println);

4. 异常处理

在异步任务中，异常处理非常重要。CompletableFuture 提供了多种方法来优雅地处理异常。

exceptionally: 捕获异常并返回默认值

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    if (true) {
        throw new RuntimeException("Something went wrong");
    }
    return "Success";
}).exceptionally(ex -> {
    System.out.println("Exception: " + ex.getMessage());
    return "Default Value";
});

future.thenAccept(System.out::println);

handle: 处理结果和异常

handle 方法无论任务成功还是失败都会执行，并可以访问异常信息。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    if (true) {
        throw new RuntimeException("Error occurred");
    }
    return "Success";
}).handle((result, ex) -> {
    if (ex != null) {
        System.out.println("Exception: " + ex.getMessage());
        return "Recovered from error";
    }
    return result;
});

future.thenAccept(System.out::println);

5. 实际应用场景

并发请求处理

在需要同时处理多个请求时，可以利用 allOf 或 anyOf 方法。

allOf: 等待所有任务完成

CompletableFuture<Void> allTasks = CompletableFuture.allOf(
    CompletableFuture.runAsync(() -> System.out.println("Task 1")),
    CompletableFuture.runAsync(() -> System.out.println("Task 2")),
    CompletableFuture.runAsync(() -> System.out.println("Task 3"))
);

allTasks.thenRun(() -> System.out.println("All tasks completed"));

anyOf: 任意任务完成即返回

CompletableFuture<Object> anyTask = CompletableFuture.anyOf(
    CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Task 1 completed"),
    CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Task 2 completed")
);

anyTask.thenAccept(result -> System.out.println("First completed: " + result));