CompletableFuture与多线程结合使用

比眉伴天荒 2024-03-16 10:37 62阅读 0赞

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### 前言 ###

在Java 8中，引入了CompletableFuture类，它是Future的增强版，提供了更加灵活的异步编程方式，能够更好地利用多线程的优势。本文将详细讲解CompletableFuture的使用方法，并结合多线程实现异步编程。

### CompletableFuture的概念 ###

CompletableFuture是Java 8中新增的一个类，它实现了Future和CompletionStage接口，提供了一种更加灵活的异步编程方式。CompletableFuture可以看作是一个包含了计算结果的容器，可以在计算完成后获取结果，也可以在计算完成前执行一些操作。

与Future相比，CompletableFuture提供了更多的方法来处理异步计算的结果。它支持链式调用、组合多个CompletableFuture、异常处理等操作。

### CompletableFuture的创建 ###

CompletableFuture可以通过以下方式创建：

#### 1. CompletableFuture.supplyAsync() ####

CompletableFuture.supplyAsync()方法可以创建一个异步计算任务，返回一个CompletableFuture对象。它接收一个Supplier类型的参数，用于执行异步计算。

示例代码：

CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 异步计算任务
        return 1 + 2;
    });

#### 2. CompletableFuture.runAsync() ####

CompletableFuture.runAsync()方法也可以创建一个异步计算任务，返回一个CompletableFuture对象。它接收一个Runnable类型的参数，用于执行异步计算。

示例代码：

CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
        // 异步计算任务
        System.out.println("异步计算任务执行完成");
    });

#### 3. CompletableFuture.completedFuture() ####

CompletableFuture.completedFuture()方法可以创建一个已经完成的CompletableFuture对象，返回一个CompletableFuture对象。它接收一个静态值作为参数，表示已经完成的计算结果。

示例代码：

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.completedFuture("已经完成的计算结果");

### CompletableFuture的使用 ###

#### 1. 获取计算结果 ####

CompletableFuture的get()方法可以用于获取计算结果，如果计算尚未完成，则会阻塞当前线程直到计算完成。

示例代码：

CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 异步计算任务
        return 1 + 2;
    });
    int result = future.get();
    System.out.println(result);

#### 2. 异步回调 ####

CompletableFuture的thenApply()方法可以用于异步回调，它接收一个Function类型的参数，用于对计算结果进行转换。thenApply()方法返回一个新的CompletableFuture对象，它的计算结果为转换后的结果。

示例代码：

CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 异步计算任务
        return 1 + 2;
    });
    CompletableFuture<String> future2 = future.thenApply(result -> "计算结果为：" + result);
    String result2 = future2.get();
    System.out.println(result2);

#### 3. 异步消费 ####

CompletableFuture的thenAccept()方法可以用于异步消费，它接收一个Consumer类型的参数，用于对计算结果进行消费。thenAccept()方法返回一个新的CompletableFuture对象，它的计算结果为原始结果。

示例代码：

CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 异步计算任务
        return 1 + 2;
    });
    CompletableFuture<Void> future2 = future.thenAccept(result -> {
        System.out.println("计算结果为：" + result);
    });
    future2.get();

#### 4. 异步组合 ####

CompletableFuture的thenCompose()方法可以用于异步组合，它接收一个Function类型的参数，用于对计算结果进行组合。thenCompose()方法返回一个新的CompletableFuture对象，它的计算结果为组合后的结果。

示例代码：

CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 异步计算任务
        return 1 + 2;
    });
    CompletableFuture<Integer> future2 = future.thenCompose(result -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 异步计算任务
        return result * 2;
    }));
    int result2 = future2.get();
    System.out.println(result2);

#### 5. 异步组合多个CompletableFuture ####

CompletableFuture的thenCombine()方法可以用于异步组合多个CompletableFuture，它接收一个BiFunction类型的参数，用于对多个计算结果进行组合。thenCombine()方法返回一个新的CompletableFuture对象，它的计算结果为组合后的结果。

示例代码：

CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 异步计算任务
        return 1 + 2;
    });
    CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 异步计算任务
        return 3 + 4;
    });
    CompletableFuture<Integer> future3 = future1.thenCombine(future2, (result1, result2) -> {
        // 异步计算任务
        return result1 + result2;
    });
    int result3 = future3.get();
    System.out.println(result3);

#### 6. 异常处理 ####

CompletableFuture的exceptionally()方法可以用于异常处理，它接收一个Function类型的参数，用于处理异常情况。exceptionally()方法返回一个新的CompletableFuture对象，它的计算结果为原始结果或异常处理结果。

示例代码：

CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 异步计算任务
        throw new RuntimeException("计算异常");
    });
    CompletableFuture<Integer> future2 = future.exceptionally(e -> {
        System.out.println("计算出现异常：" + e.getMessage());
        return 0;
    });
    int result2 = future2.get();
    System.out.println(result2);

### 多线程结合使用 ###

CompletableFuture可以与多线程结合使用，实现更加高效的异步编程。下面是一个简单的示例，演示了如何使用CompletableFuture和多线程实现异步计算。

public class CompletableFutureDemo {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
            CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                // 异步计算任务
                return 1 + 2;
            }, executorService);
            CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                // 异步计算任务
                return 3 + 4;
            }, executorService);
            CompletableFuture<Integer> future3 = future1.thenCombineAsync(future2, (result1, result2) -> {
                // 异步计算任务
                return result1 + result2;
            }, executorService);
            int result = future3.get();
            System.out.println(result);
            executorService.shutdown();
        }
    }

在上面的示例中，我们使用了ExecutorService来创建线程池，并将其传递给CompletableFuture的方法中。这样可以控制异步计算的线程池大小，避免创建太多线程导致性能下降。

### 总结 ###

CompletableFuture提供了更多的方法来处理异步计算的结果，包括获取计算结果、异步回调、异步消费、异步组合、异常处理等操作。它可以与多线程结合使用，实现更加高效的异步编程。

在使用CompletableFuture时，需要注意线程池的大小，避免创建过多线程导致性能下降。除此之外，我们还可以使用CompletableFuture来处理大量的异步任务，提高系统的并发能力和性能。