CompletableFuture底层实现及使用详解

CompletableFuture底层实现

CompletableFuture的底层实现使用了一种基于回调和事件驱动的方式来实现异步操作。在CompletableFuture中，每个异步操作都是一个独立的任务，当任务完成时，将会触发相应的回调函数来处理结果或异常。

具体地，CompletableFuture的底层实现包含以下几个关键组件：

• CompletionStage

  CompletionStage接口是CompletableFuture的基础接口，它定义了异步操作的基本方法和状态。CompletableFuture实现了CompletionStage接口，并在此基础上扩展了更多的功能。

• Executor

  Executor是用于执行异步操作的线程池，CompletableFuture通过Executor来控制并发度和执行顺序等问题。默认情况下，CompletableFuture使用的是ForkJoinPool.commonPool()线程池，也可以通过指定Executor来自定义线程池。

• Completion

  Completion是CompletableFuture内部用于实现异步操作的核心组件，它封装了异步操作的状态和回调函数。每个Completion对象都包含一个输入值和一个输出值，当输入值可用时，将会触发回调函数并生成一个新的Completion对象。通过这种方式，CompletableFuture实现了异步操作的链式调用和组合。

• ForkJoinTask

  ForkJoinTask是Java中用于实现任务并行的框架，CompletableFuture使用了ForkJoinTask来实现异步操作的并发处理和执行。每个CompletableFuture任务都会被转化为一个ForkJoinTask，然后提交到线程池中进行执行。

综上所述，CompletableFuture的底层实现采用了基于回调和事件驱动的方式来实现异步操作，利用Completion、Executor和ForkJoinTask等核心组件来实现任务的并发处理和执行。这种实现方式使得CompletableFuture具有高效、灵活和可扩展的特点，能够满足多种异步编程场景的需求。

CompletableFuture使用详解

下面是对CompletableFuture的详解：

CompletableFuture的创建

CompletableFuture可以通过静态工厂方法来创建，常用的方法有以下几个：

• CompletableFuture.supplyAsync()：用于异步执行一个有返回值的任务；
• CompletableFuture.runAsync()：用于异步执行一个没有返回值的任务；
• CompletableFuture.completedFuture()：用于创建一个已经完成的CompletableFuture对象。

CompletableFuture的组合

CompletableFuture提供了非常强大的组合功能，可以将多个CompletableFuture对象组合起来执行。常用的组合方法有以下几个：

• thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)：用于将一个CompletableFuture对象的结果转换为另外一个CompletableFuture对象的结果；
• thenAccept(Consumer<? super T> action)：用于对CompletableFuture的结果进行消费；
• thenRun(Runnable action)：用于在CompletableFuture完成后执行一个Runnable对象；
• thenCombine(CompletionStage<? extends U> other, BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn)：用于将两个CompletableFuture对象的结果进行组合；
• thenCompose(Function<? super T,? extends CompletionStage> fn)：用于将一个CompletableFuture对象的结果作为下一个CompletableFuture对象的输入。

CompletableFuture的异常处理

CompletableFuture提供了非常灵活的异常处理功能，可以通过一系列方法来处理异常，包括：

• exceptionally(Function<Throwable, ? extends T> fn)：用于处理执行过程中的异常；
• handle(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn)：用于处理执行结果和异常；
• whenComplete(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action)：用于处理执行结果和异常，不会返回新的CompletableFuture对象。

CompletableFuture的并发控制

CompletableFuture提供了非常强大的并发控制功能，可以控制异步操作的数量和执行顺序等问题。常用的控制方法有以下几个：

• thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn)：用于异步执行转换操作；
• thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn, Executor executor)：用于异步执行转换操作，并指定线程池；
• thenComposeAsync(Function<? super T,? extends CompletionStage> fn)：用于异步执行下一个CompletableFuture对象的操作；
• thenComposeAsync(Function<? super T,? extends CompletionStage> fn, Executor executor)：用于异步执行下一个CompletableFuture对象的操作，并指定线程池；
• allOf(CompletableFuture<?>... cfs)：用于等待多个CompletableFuture对象的完成；
• anyOf(CompletableFuture<?>... cfs)：用于等待多个CompletableFuture对象中任意一个完成。

总之，CompletableFuture是一种非常强大的异步编程工具，它提供了丰富的组合、异常处理和并发控制等功能，可以帮助开发者更加方便和灵活地处理异步操作。

CompletableFuture几种组合方法的区别

在CompletableFuture中，thenApply、thenAccept、thenRun、thenCombine和thenCompose都是用于处理异步操作结果的方法，它们的区别在于其返回值、参数、执行方式等方面略有不同。

thenApply

thenApply方法接收一个Function类型的参数，该函数用于对异步操作的结果进行转换，并返回一个新的CompletableFuture对象。该方法将返回一个新的CompletableFuture对象，其结果类型为转换函数的返回类型。

示例代码：

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello");
CompletableFuture<Integer> newFuture = future.thenApply(s -> s.length());

上述代码中，首先通过supplyAsync方法创建了一个CompletableFuture对象，用于异步执行一个返回字符串类型的任务。然后，通过thenApply方法将该CompletableFuture对象转换为一个新的CompletableFuture对象，用于异步执行一个返回整数类型的任务，转换函数是将字符串长度作为结果返回。

thenAccept

thenAccept方法接收一个Consumer类型的参数，该函数用于对异步操作的结果进行消费，但不会返回新的CompletableFuture对象。该方法将返回一个新的CompletableFuture对象，但该对象的结果类型为Void类型。

示例代码：

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello");
CompletableFuture<Void> newFuture = future.thenAccept(s -> System.out.println(s));

上述代码中，首先通过supplyAsync方法创建了一个CompletableFuture对象，用于异步执行一个返回字符串类型的任务。然后，通过thenAccept方法将该CompletableFuture对象转换为一个新的CompletableFuture对象，用于异步消费该字符串，并将字符串输出到控制台。

thenRun

thenRun方法接收一个Runnable类型的参数，该函数用于在异步操作完成后执行一个任务，不需要访问异步操作的结果或上下文。该方法将返回一个新的CompletableFuture对象，其结果类型为Void类型。

示例代码：

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello");
CompletableFuture<Void> newFuture = future.thenRun(() -> System.out.println("task finished"));

上述代码中，首先通过supplyAsync方法创建了一个CompletableFuture对象，用于异步执行一个返回字符串类型的任务。然后，通过thenRun方法将该CompletableFuture对象转换为一个新的CompletableFuture对象，用于异步执行一个任务，在任务完成后输出一条消息。

thenCombine

thenCombine方法接收一个CompletionStage类型的参数和一个BiFunction类型的参数，用于将两个异步操作的结果进行组合，并返回一个新的CompletableFuture对象。该方法将返回一个新的CompletableFuture对象，其结果类型为组合函数的返回类型。

示例代码：

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello");
CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 10);
CompletableFuture<String> newFuture = future1.thenCombine(future2, (s, i) -> s + i);

上述代码中，首先通过supplyAsync方法创建了两个CompletableFuture对象，分别用于异步执行一个返回字符串类型和一个返回整数类型的任务。然后，通过thenCombine方法将这两个CompletableFuture对象组合成一个新的CompletableFuture对象，用于异步执行一个返回字符串类型的任务，组合函数是将字符串和整数相加。

thenCompose

thenCompose方法接收一个Function类型的参数，该函数用于将一个CompletableFuture对象的结果作为下一个CompletableFuture对象的输入，并返回一个新的CompletableFuture对象。该方法将返回一个新的CompletableFuture对象，其结果类型为转换函数的返回类型。

示例代码：

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "hello");
CompletableFuture<Integer> future2 = future1.thenCompose(s -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> s.length()));

上述代码中，首先通过supplyAsync方法创建了一个CompletableFuture对象，用于异步执行一个返回字符串类型的任务。然后，通过thenCompose方法将该CompletableFuture对象转换为一个新的CompletableFuture对象，用于异步执行一个返回整数类型的任务，转换函数是将字符串长度作为结果返回。该方法的区别在于，它将任务串联起来，可以实现多个异步操作的链式调用。