CompletableFuture

CompletableFuture 是 Java 8 引入的一个类，属于 java.util.concurrent 包，主要用于异步编程和非阻塞操作。它提供了一种更简单和强大的方式来处理异步计算，相较于传统的 Future 类，CompletableFuture 提供了更丰富的功能和灵活性。

1. 理解 CompletableFuture 的基本概念

CompletableFuture 是一个用于异步编程的类，它能够以非阻塞的方式处理任务。理解其核心概念：

• 异步执行：CompletableFuture 允许在后台线程中异步执行计算，主线程不必等待结果。
• 任务组合：可以通过链式调用将多个异步任务组合在一起，形成复杂的工作流。
• 异常处理：提供内置的机制来处理异步任务中可能出现的异常。

2. 核心 API 的详细使用

创建 CompletableFuture

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟长时间计算
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Hello, World!";
});

• supplyAsync：接受一个返回值的 Supplier，在另一个线程中异步执行，返回 CompletableFuture 对象。

处理结果

future.thenApply(result -> {
    // 处理计算结果
    return result.length();
}).thenAccept(length -> {
    // 使用结果
    System.out.println("Length: " + length);
});

• thenApply：接收前一个计算的结果并转换为新的结果。
• thenAccept：接收前一个计算的结果但不返回新结果。

异常处理

future.exceptionally(ex -> {
    System.err.println("Error: " + ex.getMessage());
    return null; // 处理异常后返回一个默认值
});

• exceptionally：处理在计算过程中发生的异常。

3. 任务组合示例

同步组合任务

CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    return 100;
});

CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    return 200;
});

future1.thenCombine(future2, (result1, result2) -> {
    return result1 + result2; // 合并结果
}).thenAccept(sum -> {
    System.out.println("Sum: " + sum);
});

• thenCombine：将两个异步计算的结果组合在一起。

4. 处理多个任务

等待所有任务完成

CompletableFuture<Void> allOfFuture = CompletableFuture.allOf(future1, future2);
allOfFuture.thenRun(() -> {
    System.out.println("All tasks are completed!");
});

• allOf：等待所有给定的 CompletableFuture 完成。

等待任意一个任务完成

CompletableFuture<Object> anyOfFuture = CompletableFuture.anyOf(future1, future2);
anyOfFuture.thenAccept(result -> {
    System.out.println("First completed result: " + result);
});

• anyOf：等待其中一个 CompletableFuture 完成并返回结果。

5. 深入理解和优化

• 线程池管理：使用自定义的 Executor 来管理线程池，避免使用默认的 ForkJoinPool，以便更好地控制线程数量和性能。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 任务逻辑
}, executor);

• 监控和调试：使用 whenComplete 或 handle 来监控任务完成的状态，无论是正常完成还是异常完成。

future.whenComplete((result, throwable) -> {
    if (throwable != null) {
        System.err.println("Error occurred: " + throwable.getMessage());
    } else {
        System.out.println("Result: " + result);
    }
});

6. 实践应用

• 网络请求：使用 CompletableFuture 发起异步 HTTP 请求，以提高应用的响应性。
• 数据处理：在大数据处理场景中，将数据处理任务分配到多个线程中，利用 CompletableFuture 合并和处理结果。