在Java中如何使用CompletableFuture实现异步组合

CompletableFuture是Java异步编程核心工具，支持非阻塞任务执行与组合；通过supplyAsync/runAsync创建异步任务，默认使用ForkJoinPool.commonPool()，建议生产环境用自定义线程池；thenApply实现同步转换，thenCompose用于链式依赖调用；thenCombine合并两个任务结果，allOf等待多个任务完成；exceptionally处理异常并返回默认值，handle统一处理结果与异常，whenComplete执行副作用如日志；掌握这些方法可构建高效异步流程，关键在于理解thenCompose与thenCombine的适用场景差异。

在Java中，CompletableFuture 是实现异步编程和任务组合的核心工具。它不仅支持非阻塞的任务执行，还能通过丰富的组合方法将多个异步操作串联或并联起来，提升程序的并发性能和响应能力。

基本异步任务创建

使用 CompletableFuture.supplyAsync() 或 runAsync() 可以启动一个异步任务。
supplyAsync 用于有返回值的场景，runAsync 用于无返回值的操作。

示例：

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CompletableFuture future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟耗时操作
    try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) {}
    return "Result from task 1";
});

CompletableFuture future2 = CompletableFuture.runAsync(() -> {
    System.out.println("Task 2 running asynchronously");
});

串行组合：thenApply、thenCompose

当需要按顺序执行多个异步任务，并将前一个的结果传递给下一个时，可以使用串行组合方法。

• thenApply：对上一步结果进行同步转换，返回一个新的值
• thenCompose：用于链式调用另一个 CompletableFuture，适合处理依赖性异步调用

示例：

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CompletableFuture chained = CompletableFuture
    .supplyAsync(() -> "Hello")
    .thenApply(s -> s + " World")  // 同步处理
    .thenCompose(s -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> s + "!")); // 返回新的 CompletableFuture

并行组合：thenCombine、allOf

多个独立异步任务可以并行执行，完成后合并结果。

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下载

• thenCombine：等待两个 CompletableFuture 都完成，然后合并它们的结果
• allOf：等待多个 CompletableFuture 全部完成，返回一个 CompletableFuture

示例：

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CompletableFuture taskA = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 42);
CompletableFuture taskB = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Answer");

CompletableFuture combined = taskA.thenCombine(taskB, (num, str) -> str + ": " + num);

// 等待多个任务完成
CompletableFuture allDone = CompletableFuture.allOf(taskA, taskB);
allDone.thenRun(() -> System.out.println("All tasks finished"));

异常处理与回调

异步任务可能失败，CompletableFuture 提供了完善的异常处理机制。

• exceptionally：捕获异常并提供默认值
• handle：无论是否发生异常都会执行，可用于统一处理结果和异常
• whenComplete：执行副作用（如日志），但不修改结果

示例：

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CompletableFuture withError = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    throw new RuntimeException("Oops!");
}).exceptionally(ex -> "Fallback value");

CompletableFuture handled = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Success")
    .handle((result, ex) -> ex != null ? "Error occurred" : result.toUpperCase());

基本上就这些。掌握这些组合方式后，就能灵活构建复杂的异步流程，而无需手动管理线程或回调嵌套。关键是理解每个组合方法的行为差异，尤其是 thenCompose 和 thenCombine 的不同使用场景。不复杂但容易忽略。