java8 CompletableFuture异步编程

在Java 8中，异步编程主要采用以下几个类和接口：

1. CompletableFuture：CompletableFuture 类是 Java 8 引入的新类，用于支持异步编程和处理异步任务的结果。它提供了一系列方法，可以方便地进行任务的组合、转换和处理。CompletableFuture 可以与回调函数、Future 接口等一起使用，以实现异步操作和处理。

2. Executor 和 ExecutorService：Executor 和 ExecutorService 接口是用于执行异步任务的接口。它们提供了一种执行异步任务的机制，可以管理线程池、调度任务的执行和获取任务的结果。通过 Executor 和 ExecutorService，可以在后台执行任务，而无需手动创建和管理线程。

3. Callable 和 Future：Callable 接口是一个可以返回结果的异步任务。它类似于 Runnable 接口，但是可以返回执行结果。Future 接口是用于表示异步任务的结果。通过 Callable 和 Future，可以提交异步任务并获取其执行结果。

4. CompletionStage：CompletionStage 接口是 CompletableFuture 的父接口，用于支持异步任务的组合和处理。它提供了一系列方法，可以在任务完成后触发其他操作，实现任务的串行、并行和组合。

5. Stream API：Stream API 是 Java 8 中引入的用于处理集合和数据流的 API。它提供了一种函数式编程的方式来处理数据，支持并行处理和流水线操作。Stream API 可以配合 CompletableFuture 等类一起使用，实现异步操作和处理数据。

这些类和接口为 Java 8 提供了丰富的异步编程机制，使得编写异步代码更加简洁和高效。通过它们，可以方便地处理异步任务的结果、组合多个异步任务、实现并行处理等功能。

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下面是一个使用 CompletableFuture 实现异步编程的示例代码：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;

public class CompletableFutureExample {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 异步执行任务
        CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000); // 模拟耗时操作
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "Hello, World!";
        });

        // 阻塞等待任务完成并获取结果
        String result = future.get();
        System.out.println(result);
    }
}

在上面的代码中，我们使用 CompletableFuture.supplyAsync() 方法创建一个 CompletableFuture 对象，该方法接收一个 Supplier 函数式接口作为参数，表示异步执行的任务。在这个示例中，任务会休眠 2 秒钟，然后返回字符串 “Hello, World!”。

然后，我们通过调用 future.get() 方法阻塞等待任务完成并获取结果。由于任务是异步执行的，主线程在调用 get() 方法时会等待任务的完成。当任务完成后，get() 方法会返回任务的结果。

这个示例展示了 CompletableFuture 的简单用法，它可以实现异步执行任务并获取结果的操作。除了 supplyAsync() 方法，CompletableFuture 还提供了一系列的方法，如 thenApply()、thenCompose()、thenAccept() 等，用于串联和组合多个异步任务，实现更复杂的异步编程场景。

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下面是一个稍微复杂一点的 CompletableFuture 异步编排的示例代码：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;

public class CompletableFutureComplexExample {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 第一个异步任务：获取用户ID
        CompletableFuture<Integer> userIdFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            // 模拟耗时操作
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return 123;
        });

        // 第二个异步任务：根据用户ID查询用户名
        CompletableFuture<String> usernameFuture = userIdFuture.thenCompose(userId -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            // 模拟耗时操作
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "John Doe";
        }));

        // 第三个异步任务：根据用户名查询用户信息
        CompletableFuture<String> userInfoFuture = usernameFuture.thenApply(username -> {
            // 模拟耗时操作
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "User: " + username + ", Age: 30";
        });

        // 等待所有异步任务完成并获取最终结果
        String result = userInfoFuture.get();
        System.out.println(result);
    }
}

在上面的代码中，我们模拟了一个异步编排的场景，涉及三个异步任务：

1. 第一个异步任务使用 supplyAsync() 方法获取用户ID。
2. 第二个异步任务使用 thenCompose() 方法根据用户ID查询用户名。它使用了前一个异步任务的结果作为输入，并返回一个新的 CompletableFuture。
3. 第三个异步任务使用 thenApply() 方法根据用户名查询用户信息，并对结果进行处理。

每个异步任务都有一个模拟的耗时操作，通过 Thread.sleep() 方法模拟。在实际应用中，异步任务可以是访问数据库、调用远程服务等耗时的操作。

最后，我们使用 get() 方法阻塞等待所有异步任务完成，并获取最终的结果。

通过 CompletableFuture 的链式调用和组合，我们可以更灵活地编排和处理异步任务，实现复杂的异步编程需求。

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下面是一个示例代码，演示如何使用 CompletableFuture 和 CompletionStage 实现异步编排中的串行、并行和组合操作：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;

public class CompletableFutureExample {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // 串行操作
        CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");
        CompletableFuture<String> future2 = future1.thenApplyAsync(s -> s + ", World");
        CompletableFuture<String> future3 = future2.thenApplyAsync(String::toUpperCase);
        String result1 = future3.get();
        System.out.println("串行操作结果：" + result1);

        // 并行操作
        CompletableFuture<String> future4 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");
        CompletableFuture<String> future5 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "World");
        CompletableFuture<String> future6 = future4.thenCombineAsync(future5, (s1, s2) -> s1 + ", " + s2);
        CompletableFuture<String> future7 = future6.thenApplyAsync(String::toUpperCase);
        String result2 = future7.get();
        System.out.println("并行操作结果：" + result2);

        // 组合操作
        CompletableFuture<Integer> future8 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 5);
        CompletableFuture<Integer> future9 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 10);
        CompletableFuture<Integer> future10 = future8.thenCombineAsync(future9, (num1, num2) -> num1 + num2);
        CompletableFuture<String> future11 = future10.thenApplyAsync(result -> "Result: " + result);
        String result3 = future11.get();
        System.out.println("组合操作结果：" + result3);
    }
}

在上面的代码中，我们首先定义了三个串行操作的 CompletableFuture 对象 future1、future2 和 future3，通过 thenApplyAsync() 方法将每个操作串联起来。最后，我们通过调用 future3.get() 获取串行操作的结果。

然后，我们定义了两个并行操作的 CompletableFuture 对象 future4 和 future5，通过 thenCombineAsync() 方法将两个操作并行执行，并通过 thenApplyAsync() 方法对结果进行处理。最后，我们通过调用 future7.get() 获取并行操作的结果。

最后，我们定义了两个组合操作的 CompletableFuture 对象 future8 和 future9，通过 thenCombineAsync() 方法将两个操作的结果进行组合，并通过 thenApplyAsync() 方法对结果进行处理。最后，我们通过调用 future11.get() 获取组合操作的结果。

通过使用 CompletableFuture 和 CompletionStage，我们可以实现灵活且高效的异步编排，实现串行、并行和组合等复杂的异步操作。这些操作能够提高程序的并发性能和响应能力，适用于处理大量的异步任务。