如何正确等待 CompletableFuture 完成所有异步任务

本文详解如何使用 completablefuture.allof() 正确等待多个 @async 异步任务执行完毕，避免错误的忙等待（busy-wait）逻辑，并提供简洁、线程安全、符合 java 并发最佳实践的替代方案。

在 Spring 应用中，当使用 @Async 注解的方法（如 processor.processFiles()）时，该方法会以异步方式提交至线程池执行，返回类型为 void，因此无法直接获取结果或状态。此时若想“等待所有任务完成”，必须借助 CompletableFuture 的组合能力，而非手动轮询（如 while(true) + isDone()），后者不仅消耗 CPU、阻塞主线程、难以中断，还违背了响应式与非阻塞编程的设计原则。

✅ 正确做法：使用 CompletableFuture.allOf()

CompletableFuture.allOf() 接收一组 CompletableFuture>，返回一个新的 CompletableFuture，该 future 仅在所有入参 future 均完成（无论成功或异常）后才完成。这是等待批量异步任务的标准方式：

List> futures = files.stream()
    .map(file -> CompletableFuture.runAsync(() -> processor.processFiles(), taskExecutor))
    .collect(Collectors.toList());

// 合并为单个 future，代表“全部完成”
CompletableFuture allDone = CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[0]));

// 阻塞等待（生产环境建议带超时）
allDone.join(); // 或 allDone.get(30, TimeUnit.SECONDS);

? 注意：allOf() 返回的 future 不携带结果（类型为 Void），且不会传播子 future 的异常——若任一子任务抛出异常，allDone.isCompletedExceptionally() 将返回 true，但需主动检查各子 future 的 get() 才能获取具体异常。如需统一异常处理，推荐后续调用：CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[0])) .exceptionally(ex -> { LOGGER.error("Batch processing failed", ex); return null; }) .join();

? 为什么原代码无效？

• ❌ while(true) + Thread.sleep() 是典型的忙等待反模式：无谓消耗资源，不可靠（isDone() 不保证已执行完，仅表示“不再运行中”，但可能刚进入异常状态）；
• ❌ 每次 forEach 内部新建 ArrayList，却未在外部作用域复用，导致逻辑嵌套混乱、completableFutures 作用域过小；
• ❌ filesList.forEach(...) 中又嵌套 files.forEach(...)，但外层 filesList 的每个 files 子列表被独立等待，语义不清且难以扩展。

✨ 更优雅的写法（函数式+流式）

若无需中间 future 列表，可一步到位构建聚合 future：

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CompletableFuture allDone = files.stream()
    .map(file -> CompletableFuture.runAsync(() -> processor.processFiles(), taskExecutor))
    .collect(Collectors.collectingAndThen(
        Collectors.toList(),
        futures -> CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[0]))
    ));

allDone.join(); // 同步等待

或使用 reducing（更函数式，但可读性略低）：

CompletableFuture allDone = files.stream()
    .map(file -> CompletableFuture.runAsync(() -> processor.processFiles(), taskExecutor))
    .reduce(CompletableFuture.completedFuture(null),
             (a, b) -> CompletableFuture.allOf(a, b),
             (a, b) -> CompletableFuture.allOf(a, b));

⚠️ 关键注意事项

• 务必指定 Executor：runAsync(Runnable) 默认使用 ForkJoinPool.commonPool()，而 Spring 的 @Async 通常配置自定义线程池。为保持行为一致，应显式传入相同 taskExecutor（可通过 @Autowired 注入）；
• 异常处理不可省略：join() 遇到未处理异常会抛出 CompletionException；建议搭配 exceptionally() 或 handle() 进行兜底；
• 资源清理应在 finally 或 try-with-resources 中保障：如示例末尾的 closeConnections()，应确保即使异步任务失败也执行；
• 避免滥用 parallelStream() 替代：虽然 files.parallelStream().forEach(...) 看似简洁，但它不保证等待完成（forEach 是终端操作但不阻塞主线程等待全部结束），且无法统一异常处理，不推荐用于需同步结果的场景。

综上，用 CompletableFuture.allOf() + 显式 join()/get() 是清晰、可控、符合标准的解决方案。它将异步协调逻辑交由 JDK 并发工具完成，既提升代码健壮性，也便于后续演进为响应式（如集成 Mono.when()）。