Java异步编程：CompletableFuture组合教程

Java异步编程中，CompletableFuture作为核心利器，不仅支持非阻塞任务执行，更通过supplyAsync/runAsync创建异步起点，借助thenApply（同步转换）、thenCompose（链式异步依赖）、thenCombine（双任务结果合并）和allOf（多任务协同等待）等组合方法实现灵活的串行与并行流程编排；同时，exceptionally、handle和whenComplete提供了分层异常处理与副作用管理能力——掌握这些方法的关键在于厘清行为差异（尤其是thenCompose与thenCombine的适用边界），配合自定义线程池的最佳实践，即可告别回调地狱，构建高性能、可维护的现代异步应用。

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：

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

CompletableFuture<Void> 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：

CompletableFuture<String> 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。

• 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：

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

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

// 等待多个任务完成
CompletableFuture<Void> 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：

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

CompletableFuture<String> 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。

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