一站式了解CompletableFuture的用法基础(保姆版🥹)

想用offer打牌2025-06-03 16:56

引言

在后端开发中，我们经常会使用线程池来异步执行任务，但是如果要进行异步编排任务可犯了难。线程池可不能按照一定顺序来执行相应任务，所以今天我们来讲讲Java8引入的，位于java.util.concurrent包下的CompletableFuture。

如图是依靠CompletableFuture来实现的异步并行任务，聚合结果的示意图：

Future😯

要想了解CompletableFuture，我们就得先来了解一下Future。Future 是 Java 中用于表示异步计算结果的接口，它允许你启动一个长时间运行的任务，并在之后获取该任务的结果，而无需阻塞主线程。以下是该接口的主要方法。

java 复制代码 
public interface Future<V> {
    //尝试取消此任务的执行。如果任务已经完成、或已取消、或者由于某些原因无法取消，则此尝试将失败。如果成功取消了任务的执行，返回 true
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    // 判断任务是否被取消,如果在任务正常完成前被取消，则返回 true
    boolean isCancelled();
    // 判断任务是否已经执行完成,无论任务是正常完成、异常终止还是被取消，只要任务完成就返回true
    boolean isDone();
    // 阻塞式获取任务执行结果，如果有错误发生（如任务抛出异常）
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    // 阻塞式获取任务执行结果，指定时间内没有返回计算结果就抛出 TimeOutException 异常
    V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutExceptio

}

需要注意的是，虽然 Future 提供了一种处理异步操作结果的方式，但它缺乏一些更高级的功能，比如组合多个异步操作的结果、异常处理等。

CompletableFuture😎

因Future的局限性，Java8引入CompletableFuture来解决Future的不足，而且还带来了新特性，让我们一起来看看。

创建CompletableFuture😪

1.new（即手动创建CompletableFuture）：

java 复制代码 
CompletableFuture<String> future = new CompletableFuture<>();
  • 可以在后续通过 .complete() 或 .completeExceptionally() 手动设置结果或异常。
  • 适合：需要跨线程通信、事件驱动等自定义控制流程的场景

2.工厂方法 supplyAsync()

java 复制代码 
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)

两者的区别在于是否传入自定义线程池，前者使用默认线程池ForkJoinPool.commonPool()，后者可传入自定义的线程池。这个方法创建的CompletableFuture可执行一个带返回值的异步任务。

3.工厂方法 runAsync()

java 复制代码 
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable) 
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable, Executor executor)

这两个方法的区别和supplyAsync()的两者区别一样。这个方法创建的CompletableFuture可执行一个没有返回值的异步任务。

4. completedFuture()创建已完成状态的 Future

java 复制代码 
public static <U> CompletableFuture<U> completedFuture(U value)

直接创建一个已经完成并带有结果的 CompletableFuture，可以用于测试、快速返回已知结果、跳过某些分支逻辑

其实这个方法底层用的是new，即手动创建CompletableFuture，封装起来罢了😗

组合编排CompletableFuture🫨

上面说了CompletableFuture可以进行异步组合编排任务，那么到底是怎么样进行组合编排的呢？

链式调用.thenCompose()

这个方法主要用于异步任务的串行编排 。简单来说，thenCompose() 用于将一个异步任务的结果作为输入，继续发起一个新的异步任务，形成一条异步流水线。

在下面这个例子中，通过工厂方法创建了一个CompletableFuture之后，接着将结果输入给新CompletableFuture作为参数，然后输出结果。

  1. 第一个任务返回 "Hello"；
  2. 第二个任务接收 "Hello"，并异步返回 "Hello World"；
  3. thenCompose() 把两个 Future 合并成一个连续的 Future ，而不是嵌套的 CompletableFuture<CompletableFuture<String>>。
java 复制代码 
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello")
    .thenCompose(s -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> s + " World"));

System.out.println(future.join()); // 输出 Hello World

太简单了？来点难度的，模拟多级异步调用。 假设你有如下三个服务接口：

java 复制代码 
// 获取 token
CompletableFuture<String> login(String username) {
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> "token-" + username);
}

// 根据 token 获取用户信息
CompletableFuture<User> getUserInfo(String token) {
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> new User(token));
}

// 根据用户信息获取订单列表
CompletableFuture<List<Order>> getOrders(User user) {
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> Arrays.asList(new Order("1001"), new Order("1002")));
}

使用 thenCompose() 编排整个流程：

java 复制代码 
CompletableFuture<List<Order>> ordersFuture = login("alice")
    .thenCompose(token -> getUserInfo(token))
    .thenCompose(user -> getOrders(user));

List<Order> orders = ordersFuture.join();
orders.forEach(order -> System.out.println("订单ID：" + order.id));

这样我们就通过thenCompose()实现了多个异步服务的链式调用，下面是一个链式调用的简单示意图

合并处理.thenCombine()

上面讲解了如何链式调用任务，属于是微信接龙形态的（hh，开个玩笑），现在我们来讲并行执行两个异步任务，并将它们的结果合并处理。

简单来说，thenCombine() 用于将两个独立的 CompletableFuture 的结果进行合并处理，返回一个新的结果，就能实现这样的效果。

适合用于：

  • 同时发起多个异步请求（如查询用户信息、查询订单信息）
  • 然后在两者都完成后，把结果合并输出

废话不多说，例子走起：

java 复制代码 
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "World");
//第一个参数是另一个异步任务，第二个参数是合并结果的具体逻辑
CompletableFuture<String> combinedFuture = future1.thenCombine(future2, (result1, result2) -> {
    return result1 + " " + result2; // 合并结果
});

System.out.println(combinedFuture.join()); // 输出 Hello World
  • future1 和 future2 是并行执行的。
  • 当两者都完成时，使用 thenCombine() 将它们的结果拼接起来。

不够接近真实业务？上点难度：

假设你有两个服务接口：

java 复制代码 
// 模拟根据用户ID获取用户名
CompletableFuture<String> fetchUserName(int userId) {
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 模拟网络延迟
        Thread.sleep(500);
        return "Alice";
    });
}

// 模拟根据用户ID获取订单数量
CompletableFuture<Integer> fetchOrderCount(String userName) {
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        Thread.sleep(800);
        return 5;
    });
}

我们可以这样使用 thenCombine()：

java 复制代码 
int userId = 123;

CompletableFuture<String> userFuture = fetchUserName(userId);
CompletableFuture<Integer> orderFuture = fetchOrderCount("Alice"); // 假设已知用户名

CompletableFuture<String> resultFuture = userFuture.thenCombine(orderFuture, (name, count) -> {
    return "用户：" + name + "，订单数：" + count;
});

System.out.println(resultFuture.join());
// 输出：用户：Alice，订单数：5
  • thenCombine() 不会等待两个 Future 的异常状态，如果其中一个失败，整个 Future 也会失败。
  • 如果你想处理异常或提供默认值，可以结合 .exceptionally() 或 .handle() 使用。

进阶：链式调用多个 thenCombine()

java 复制代码 
CompletableFuture<Integer> f1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 10);
CompletableFuture<Integer> f2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 20);
CompletableFuture<Integer> f3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 30);

CompletableFuture<Integer> result = f1.thenCombine(f2, Integer::sum)
                                     .thenCombine(f3, Integer::sum);

System.out.println(result.join()); // 输出 60

下面是一个简单的thenCombine()的示意图：

等待全部allOf()

上面两个方法所要求的异步任务之间都是有联系的，但是实际上我们业务也有很多没关联的异步任务，比如文件上传，下载等，需要同时开启多个任务来执行，等待全部完成之后再统一返回结果或者成功标识。

allOf()就可以完成这样的效果，它可以用于并行执行多个异步任务 、并在所有任务完成后再继续后续操作 。但是它不会不会自动聚合各个 Future 的结果（不关心是否返回结果，完成就行），你需要手动获取每个 Future 的值。

基本用法：

java 复制代码 
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Result1");
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Result2");
CompletableFuture<String> future3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Result3");
//你直接对allFutures使用join()是无法获取结果的,因为allOf()不关心结果
CompletableFuture<Void> allFutures = CompletableFuture.allOf(future1, future2, future3);

allFutures.thenRun(() -> {
    System.out.println("所有任务已完成！");
    System.out.println("future1: " + future1.join());
    System.out.println("future2: " + future2.join());
    System.out.println("future3: " + future3.join());
});

如果任意一个 Future 抛出异常，整个 allOf 也会失败，可以使用.exceptionally() 或 .handle() 来捕获和处理异常。

进阶：结合 thenApply() 聚合结果 如果你想在所有任务完成后合并结果，可以这样做：

java 复制代码 
CompletableFuture<List<String>> combinedFuture = CompletableFuture.allOf(future1, future2, future3)
    .thenApply(v -> List.of(
        future1.join(),
        future2.join(),
        future3.join()
    ));

List<String> results = combinedFuture.join();
System.out.println(results); // 输出 [Result1, Result2, Result3]

以下是allOf()的一个简单示意图：

就等一个anyOf()

anyOf()用于并行执行多个异步任务 、并在第一个任务完成（无论成功或失败）后立即返回结果的场景

适合用于：

  • 多个服务提供者并发调用，取最快响应
  • 实现"超时降级"逻辑
  • 异常容忍：只要有一个 Future 成功即可继续流程

基本用法：

java 复制代码 
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Result from future1";
});

CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    try {
        Thread.sleep(500);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Result from future2";
});

CompletableFuture<String> future3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    try {
        Thread.sleep(800);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return "Result from future3";
});

CompletableFuture<Object> resultFuture = CompletableFuture.anyOf(future1, future2, future3);

System.out.println("最快完成的是：" + resultFuture.join());

进阶：结合 filter() 和 handle() 做降级处理 你可以使用 .handle() 来统一处理成功/失败情况：

java 复制代码 
CompletableFuture<String> fastFuture = CompletableFuture.anyOf(future1, future2, future3)
    .handle((result, ex) -> {
        if (ex != null) {
            System.err.println("发生异常：" + ex.getCause());
            return "默认值"; // 异常降级
        }
        return result.toString(); // 正常返回
    });

System.out.println(fastFuture.join());

下面是anyOf()的简单示意图

处理CompletableFuture异步结果😵

上面讲了这么多异步编排的方法，那么可不可以对单个异步任务进行处理的方法呢？有的，兄弟，有的，这样常用的方法有四个🤣

thenApply()

thenApply() 是 CompletableFuture 提供的一个方法，用于在异步任务完成之后 ，对结果进行转换处理 。它返回一个新的 CompletableFuture，表示经过转换后的新结果。

特点：

  • 串行执行 ：前一个任务完成后，才执行 thenApply() 中的任务。
  • 有返回值 ：thenApply() 会返回一个新的结果（即转换后的结果）。
  • 类似于函数式编程中的 map 操作。

基本用法：

java 复制代码 
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");

//输出是Hello World
future.thenApply(result -> result + " World")
       .thenAccept(finalResult -> System.out.println(finalResult));

thenAccept()和thenRun()

现在着重讲一下这两个方法的区别。

方法名 作用
thenAccept() 消费结果，接收上一个任务的结果，但不返回新的值（无返回）
thenRun() 执行动作，不接收上一个任务的结果，只在任务完成后执行一段逻辑

它们都是用于在 CompletableFuture 完成后做一些后续处理，常用于链式调用中的"副作用"操作。

与 thenApply() 的区别？

方法名 是否接收前一个 Future 的结果 是否有返回值 是否支持链式调用 是否异步
thenApply() ✅ 是 ✅ 是（新值） ✅ 支持 ✅ 异步
thenAccept() ✅ 是 ❌ 否（void） ❌ 不传递值 ✅ 异步
thenRun() ❌ 否 ❌ 否（void） ❌ 不传递值 ✅ 异步

thenAccept()的基本用法：

java 复制代码 
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");

future.thenAccept(result -> {
    System.out.println("接收到结果: " + result);
});
  • 接收上一个 Future 的结果作为输入
  • 执行一个消费型操作（如打印、写日志、入库等）
  • 没有返回值

thenRun()的基本用法：

java 复制代码 
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
    System.out.println("正在执行主任务...");
});

future.thenRun(() -> {
    System.out.println("主任务完成，执行后续清理操作");
});
  • 不接收上一个 Future 的结果
  • 只在 Future 完成后执行一个 Runnable 任务
  • 适合用于执行一些不需要依赖结果的后续操作，比如发送通知、清理资源等

注意：这两个方法都不会影响链式调用的返回值！一个负责消费结果，另一个负责后续动作。

whenComplete()

whenComplete() 是一个回调方法，用于在 Future 完成（无论是正常完成还是异常完成）后执行一段逻辑。

常用于：

  • 日志记录
  • 资源清理
  • 异常监控
  • 最终结果处理

基本用法：正常完成

java 复制代码 
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello World")
    .whenComplete((result, throwable) -> {
        if (throwable == null) {
            System.out.println("任务完成，结果为: " + result);
        } else {
            System.err.println("任务出错: " + throwable.getMessage());
        }
    });

System.out.println(future.join()); // 输出 Hello World

基本用法：异常处理

java 复制代码 
CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    if (true) throw new RuntimeException("出错了！");
    return 42;
}).whenComplete((result, throwable) -> {
    if (throwable != null) {
        System.err.println("捕获到异常：" + throwable.getMessage());
    } else {
        System.out.println("任务成功完成，结果是：" + result);
    }
});

// 可以继续链式调用
future.thenAccept(System.out::println); // 不会执行，因为前面抛异常了

CompletableFuture与线程池😈

CompletableFuture与线程池并不是相互矛盾的，而是相辅相成的。他们都有各自注重的领域，一个更注重异步任务编排，一个更加注重线程资源的管理。而且我们非常推荐使用自定义的线程池来使用CompletableFuture！

ps：如果都是用同一个默认线程池如 ForkJoinPool.commonPool()，可能会发生资源争抢等问题！

java 复制代码 
// 使用 supplyAsync 并指定自定义线程池
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName());
    return "Hello";
}, customExecutor);

join() 和 get()😫

在使用 CompletableFuture 时，选择 join() 还是 get() 主要取决于你对异常处理的需求以及是否需要更细粒度的控制超时。两者的主要区别在于它们如何处理异常和超时：

join()

  • 抛出未经检查的异常（Unchecked Exceptions） ：如果 Future 完成时带有异常，join() 会抛出一个未检查的 CompletionException，这使得代码看起来更加简洁，尤其是在 Lambda 表达式中。
  • 不支持超时参数 ：如果你不需要设置超时时间来等待结果，join() 是一个不错的选择。
java 复制代码 
try {
    String result = future.join();
} catch (CompletionException e) {
    // 处理异常
}

get()

  • 抛出经检查的异常（Checked Exceptions） ：包括 InterruptedException 和 ExecutionException。这意味着你需要在方法签名中声明这些异常或在调用处捕获它们。
  • 支持超时参数：允许你指定等待结果的最大时间，这对于避免无限期等待某些操作完成特别有用。
java 复制代码 
try {
    String result = future.get(1, TimeUnit.SECONDS); // 等待最多1秒
} catch (InterruptedException e) {
    // 当前线程被中断时执行
} catch (ExecutionException e) {
    // 当Future完成时发生异常
} catch (TimeoutException e) {
    // 超过指定时间未完成任务
}

使用建议

  • 推荐使用 join() 的场景：

    • 当你希望保持代码简洁，并且不想处理复杂的异常结构时。
    • 在大多数情况下，尤其是当你已经在更高的层次上实现了异常处理逻辑时，join() 提供了一种更直接的方式来获取结果。

  • 推荐使用 get() 的场景：

    • 当你需要对超时进行精确控制时。
    • 如果你需要明确区分不同类型的异常（如中断、执行错误等），以便采取不同的恢复措施。

总的来说，在没有特殊需求的情况下（例如不需要超时控制），更推荐使用 join() ，因为它简化了异常处理流程，使代码更加清晰易读。不过，具体选择应基于你的实际需求和上下文环境。

总结❤️

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