CompletableFuture：Java中的异步编程利器

前言：

在秋招的面试中，面试官问了很多关于异步编程相关的知识点，朋友最近也和我聊到了这个话题，因此今天咱们来讨论讨论这个知识点！

随着现代软件系统的日益复杂，对于非阻塞性和响应性的需求也在不断增加。Java为我们提供了多种工具和技术来满足这些需求，其中CompletableFuture便是Java 8中引入的一种强大的异步编程工具。
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文章目录

CompletableFuture的底层机制
CompletableFuture的核心工作流程
CompletableFuture应用场景
- 非阻塞性I/O操作
- 用于并行计算
- 组合异步操作
- 错误处理
CompletableFuture小结

CompletableFuture的底层机制

在深入了解CompletableFuture之前，我们首先需要理解什么是Future（在这里不是未来的意思哦😁）。

在Java中，Future代表一个异步计算的结果。这意味着我们可以使用Future来查询计算是否完成（isDone()），或者阻塞当前线程，直到计算完成并返回结果（get()）。然而，Future并不提供直接的方法来处理计算完成后的结果或异常。

这就是CompletableFuture的闪亮之处。与Future不同，CompletableFuture实现了CompletionStage接口，这意味着它提供了更为丰富和灵活的API来处理异步计算的结果或异常。例如，我们可以使用thenApply(), thenAccept(), thenRun()和exceptionally()等方法来添加回调函数。

CompletableFuture的核心工作流程

当我们创建一个CompletableFuture实例时，它代表了一个尚未完成的异步计算。这个异步计算可以在另一个线程中执行，也可以由线程池执行。一旦计算完成，结果就会被存储在CompletableFuture实例中。任何等待这个结果的线程（通过调用get()或相关方法）都会被唤醒并返回结果。

除此，我们还可以链式地添加多个回调函数来处理结果或异常。这些回调函数只会在计算完成后被调用，并且它们自己也是异步执行的。这意味着我们可以避免阻塞主线程，同时确保代码的逻辑连续性。

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CompletableFuture应用场景

下面介绍一下CompletableFuture在项目中的几个经典应用场景。

非阻塞性I/O操作

当我们执行I/O密集型任务，比如读取文件、网络请求，使用CompletableFuture可以确保主线程不会被阻塞，从而提高应用的响应性。

public class AsyncFileIO {  public static void main(String[] args) throws Exception {  CompletableFuture<String> fileContentFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  try {  return new String(Files.readAllBytes(Paths.get("xiaowei.txt")));  } catch (Exception e) {  throw new RuntimeException("Error reading file", e);  }  });  // 在文件读取完成前，可以执行其他操作...  // ...  其他操作// 等待文件读取完成并处理内容  String fileContent = fileContentFuture.get();  System.out.println("File content: " + fileContent);  }  
}

用于并行计算

对于可以并行处理的任务，你可以创建多个CompletableFuture实例并在不同的线程或线程池中执行它们。然后，你可以使用allOf()或anyOf()方法来等待所有或部分任务完成。

public class CompletableFutureDemo {  public static void main(String[] args) {  CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> compute(100));  CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> compute(200));  CompletableFuture<Integer> combinedFuture = future1.thenCombine(future2, (result1, result2) -> result1 + result2);  Integer sum = combinedFuture.join(); // 等待所有future完成并获取结果  System.out.println("Sum: " + sum);  }  private static int compute(int value) {  // 模拟长时间计算...  return Stream.iterate(0, i -> i + 1)  .limit(value)  .mapToInt(i -> i)  .sum();  }  
}

组合异步操作

有时我们可能需要等待多个异步操作完成后才能继续。使用CompletableFuture.allOf()可以轻松实现这一点。例如：

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");  
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "World");  
CompletableFuture<Void> combinedFuture = CompletableFuture.allOf(future1, future2);  
combinedFuture.join(); // 等待所有future完成

错误处理

与传统的Future相比，CompletableFuture提供了更为优雅的错误处理方式。你可以使用exceptionally()方法来处理异步操作中抛出的异常。例如：

CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  // 可能抛出异常的长时间运行的任务  return someLongRunningTask();  
}).exceptionally(ex -> {  // 处理异常并返回默认值  return handleException(ex);  
});