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Java多线程工具CompletableFuture怎么使用

发布时间：2022-08-25 17:00:43 作者：iii
来源：亿速云 阅读：268

Java多线程工具CompletableFuture怎么使用

目录

  1. 引言
  2. CompletableFuture简介
  3. 创建CompletableFuture
  4. 异步任务处理
  5. 任务链式调用
  6. 异常处理
  7. 组合多个CompletableFuture
  8. 超时处理
  9. 实际应用场景
  10. 总结

引言

在现代软件开发中，多线程编程已经成为提高应用性能的重要手段之一。Java作为一门广泛使用的编程语言，提供了多种多线程工具来帮助开发者实现并发编程。其中，CompletableFuture是Java 8引入的一个强大的工具，用于处理异步任务和构建复杂的任务链。本文将详细介绍CompletableFuture的使用方法，并通过示例代码展示其在实际开发中的应用。

CompletableFuture简介

CompletableFuture是java.util.concurrent包中的一个类，它实现了Future接口，并提供了更丰富的功能来处理异步任务。与传统的Future相比，CompletableFuture不仅支持异步任务的执行，还允许开发者通过链式调用的方式组合多个任务，处理任务之间的依赖关系，以及处理任务执行过程中可能出现的异常。

创建CompletableFuture

在开始使用CompletableFuture之前，首先需要了解如何创建一个CompletableFuture对象。CompletableFuture提供了多种静态方法来创建实例。

1. 使用supplyAsync方法

supplyAsync方法用于创建一个异步任务，并返回一个CompletableFuture对象。该方法接受一个Supplier函数式接口作为参数，表示要执行的任务。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Hello, CompletableFuture!";
});

2. 使用runAsync方法

runAsync方法用于创建一个异步任务，但不返回任何结果。该方法接受一个Runnable函数式接口作为参数。

CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("Task completed.");
});

3. 使用completedFuture方法

completedFuture方法用于创建一个已经完成的CompletableFuture对象，并返回指定的结果。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.completedFuture("Hello, CompletableFuture!");

异步任务处理

CompletableFuture的核心功能之一是处理异步任务。通过supplyAsync和runAsync方法，我们可以轻松地将任务提交到线程池中执行，并在任务完成后获取结果或执行后续操作。

1. 获取任务结果

CompletableFuture提供了get方法来获取任务的结果。需要注意的是，get方法会阻塞当前线程，直到任务完成。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Hello, CompletableFuture!";
});

String result = future.get();  // 阻塞等待任务完成
System.out.println(result);

为了避免阻塞当前线程，可以使用join方法，它与get方法类似，但不会抛出受检异常。

String result = future.join();  // 阻塞等待任务完成，不抛出受检异常
System.out.println(result);

2. 回调处理

CompletableFuture提供了多种回调方法来处理任务完成后的结果。常用的回调方法包括thenApply、thenAccept和thenRun。

thenApply方法

thenApply方法用于在任务完成后对结果进行处理，并返回一个新的CompletableFuture对象。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Hello, CompletableFuture!";
});

CompletableFuture<String> newFuture = future.thenApply(result -> {
    return result.toUpperCase();
});

System.out.println(newFuture.join());  // 输出: HELLO, COMPLETABLEFUTURE!

thenAccept方法

thenAccept方法用于在任务完成后对结果进行处理，但不返回任何结果。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Hello, CompletableFuture!";
});

future.thenAccept(result -> {
    System.out.println(result.toUpperCase());  // 输出: HELLO, COMPLETABLEFUTURE!
});

thenRun方法

thenRun方法用于在任务完成后执行一个操作，但不使用任务的结果。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Hello, CompletableFuture!";
});

future.thenRun(() -> {
    System.out.println("Task completed.");  // 输出: Task completed.
});

任务链式调用

CompletableFuture的强大之处在于它支持链式调用，可以将多个任务串联起来，形成一个任务链。每个任务的输出可以作为下一个任务的输入。

1. 链式调用示例

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Hello";
}).thenApply(result -> {
    return result + ", CompletableFuture!";
}).thenApply(result -> {
    return result.toUpperCase();
});

System.out.println(future.join());  // 输出: HELLO, COMPLETABLEFUTURE!

2. 组合多个任务

CompletableFuture还提供了thenCombine方法，用于组合两个独立的CompletableFuture任务，并在它们都完成后对结果进行处理。

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Hello";
});

CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "CompletableFuture!";
});

CompletableFuture<String> combinedFuture = future1.thenCombine(future2, (result1, result2) -> {
    return result1 + ", " + result2;
});

System.out.println(combinedFuture.join());  // 输出: Hello, CompletableFuture!

异常处理

在异步任务执行过程中，可能会出现异常。CompletableFuture提供了多种方法来处理这些异常。

1. 使用exceptionally方法

exceptionally方法用于在任务执行过程中出现异常时，提供一个默认值或执行一些恢复操作。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    throw new RuntimeException("Task failed!");
}).exceptionally(ex -> {
    System.out.println("Exception: " + ex.getMessage());
    return "Default Value";
});

System.out.println(future.join());  // 输出: Default Value

2. 使用handle方法

handle方法用于在任务完成后处理结果或异常。无论任务是否成功完成，handle方法都会被调用。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    throw new RuntimeException("Task failed!");
}).handle((result, ex) -> {
    if (ex != null) {
        System.out.println("Exception: " + ex.getMessage());
        return "Default Value";
    }
    return result;
});

System.out.println(future.join());  // 输出: Default Value

组合多个CompletableFuture

在实际开发中，我们经常需要组合多个CompletableFuture任务，以便在它们都完成后执行某些操作。CompletableFuture提供了多种方法来组合多个任务。

1. 使用allOf方法

allOf方法用于等待多个CompletableFuture任务全部完成。

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Task 1";
});

CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Task 2";
});

CompletableFuture<Void> allFutures = CompletableFuture.allOf(future1, future2);

allFutures.thenRun(() -> {
    System.out.println("All tasks completed.");
    System.out.println("Task 1 result: " + future1.join());
    System.out.println("Task 2 result: " + future2.join());
});

2. 使用anyOf方法

anyOf方法用于等待多个CompletableFuture任务中的任意一个完成。

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Task 1";
});

CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Task 2";
});

CompletableFuture<Object> anyFuture = CompletableFuture.anyOf(future1, future2);

anyFuture.thenAccept(result -> {
    System.out.println("First completed task result: " + result);
});

超时处理

在某些情况下，我们希望为异步任务设置一个超时时间，以避免任务长时间阻塞。CompletableFuture本身并不直接支持超时处理，但可以通过结合ExecutorService和ScheduledExecutorService来实现。

1. 使用orTimeout方法（Java 9+）

从Java 9开始，CompletableFuture提供了orTimeout方法，用于为任务设置超时时间。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Hello, CompletableFuture!";
}).orTimeout(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);

try {
    System.out.println(future.join());
} catch (CompletionException ex) {
    System.out.println("Task timed out: " + ex.getMessage());
}

2. 使用completeOnTimeout方法（Java 9+）

completeOnTimeout方法用于在任务超时时提供一个默认值。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Hello, CompletableFuture!";
}).completeOnTimeout("Default Value", 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);

System.out.println(future.join());  // 输出: Default Value

实际应用场景

CompletableFuture在实际开发中有广泛的应用场景，特别是在需要处理多个异步任务的场景中。以下是一些常见的应用场景：

1. 并行处理多个任务

在某些情况下，我们需要并行处理多个任务，并在它们都完成后执行某些操作。CompletableFuture的allOf方法非常适合这种场景。

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Task 1";
});

CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Task 2";
});

CompletableFuture<Void> allFutures = CompletableFuture.allOf(future1, future2);

allFutures.thenRun(() -> {
    System.out.println("All tasks completed.");
    System.out.println("Task 1 result: " + future1.join());
    System.out.println("Task 2 result: " + future2.join());
});

2. 异步调用外部服务

在微服务架构中，我们经常需要异步调用外部服务，并在服务返回结果后进行处理。CompletableFuture可以帮助我们轻松实现这一需求。

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟调用外部服务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Service Response";
});

future.thenAccept(response -> {
    System.out.println("Service response: " + response);
});

3. 任务依赖关系处理

在某些情况下，任务的执行顺序可能依赖于其他任务的结果。CompletableFuture的链式调用功能非常适合处理这种任务依赖关系。

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟一个耗时任务
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Task 1";
});

CompletableFuture<String> future2 = future1.thenApply(result -> {
    // 依赖于Task 1的结果
    return result + " -> Task 2";
});

System.out.println(future2.join());  // 输出: Task 1 -> Task 2

总结

CompletableFuture是Java中处理异步任务的强大工具，它提供了丰富的API来创建、组合和处理异步任务。通过CompletableFuture，开发者可以轻松实现复杂的任务链、处理任务之间的依赖关系、处理异常以及设置超时时间。在实际开发中，CompletableFuture广泛应用于并行处理、异步调用外部服务以及处理任务依赖关系等场景。掌握CompletableFuture的使用方法，将有助于提高应用的并发性能和开发效率。

通过本文的介绍，相信读者已经对CompletableFuture有了深入的了解，并能够在实际项目中灵活运用这一工具。希望本文能够帮助读者更好地理解和掌握Java多线程编程中的CompletableFuture。

推荐阅读：
  1. Java8中CompletableFuture的使用方法
  2. Java多线程工具篇BlockingQueue的详解

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