java——》CompletableFuture

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本文详细介绍 Java 中 CompletableFuture 的使用方法及其实现机制。包括创建方式、异步任务执行、回调处理等核心功能，并解析其内部执行流程。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

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https://blog.youkuaiyun.com/weixin_43453386/article/details/88913809

实现了CompletionStage 和 Future接口
简化了Java异步编程能力
任务执行完成之后执行“回调”（处理结果）

一、CompletableFuture使用实践

1、直接创建CompletableFuture

1）创建默认的CompletableFuture

默认的CompletableFuture是没有result的，
这时调用 future.get() 会一直阻塞，直到有result或者出现异常

CompletableFuture<String> future = future = new CompletableFuture<>();
try {
    future.get(1, TimeUnit.SECONDS);
} catch (Exception e) {
    // todo
}

2）创建一个带result的CompletableFuture

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.completedFuture("result");
future.get();

3）给CompletableFuture填充一个result

CompletableFuture<String> future = future = new CompletableFuture<>();
future.complete("result");

4）给CompletableFuture填充一个异常

CompletableFuture<String> future = future = new CompletableFuture<>();
future.completeExceptionally(new RuntimeException("exception"));
try {
    future.get();
} catch (Exception e) {
    assert "exception".equals(e.getCause().getMessage());
}

2、通过方法runAsync创建CompletableFuture（没有返回值）

没有返回值
Runnable任务
如果入参有executor，则使用executor来执行异步任务
如果入参没有executor，则默认使用ForkJoinPool.commonPool()作为执行异步任务的线程池

public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable)

public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable, Executor executor)


CompletableFuture.runAsync(() -> {
    System.out.println("hello world");
}, executor);

3、通过方法supplyAsync创建CompletableFuture（有返回值）

有返回值
异步任务
如果入参有executor，则使用executor来执行异步任务
如果入参没有executor，则默认使用ForkJoinPool.commonPool()作为执行异步任务的线程池

public static CompletableFuture supplyAsync(Supplier supplier)

public static CompletableFuture supplyAsync(Supplier supplier, Executor executor)


CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("hello world");
    return "result";
});

4、CompletableFuture的完成动作

1）whenComplete

action是Action类型，既可以处理正常返回值也可以处理异常
whenComplete：在任务执行完成后直接在当前线程内执行action动作
whenCompleteAsync：交给其他线程执行action（如果是线程池，执行action的可能和之前执行异步任务的是同一个线程）
入参带executor的交给executor线程池来执行action动作
发生异常时，会在当前线程内执行exceptionally方法

public CompletableFuture<T> whenComplete(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action)

public CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action)

public CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T,? super Throwable> action, Executor executor)

public CompletableFuture<T> exceptionally(Function<Throwable,? extends T> fn)


CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("hello world");
    return "result";
}).whenCompleteAsync((result, e) -> {
    System.out.println(result + " " + e);
}).exceptionally((e) -> {
    System.out.println("exception " + e);
    return "exception";
});

2）handle

可以使用handle方法来执行CompletableFuture返回类型转换
处理正常返回值和异常(可以屏蔽异常,避免继续抛出)
返回新的CompletableFuture类型
对上一次CompletableFuture执行完的结果进行某些操作

public CompletableFuture handle(BiFunction<? super T,Throwable,? extends U> fn)

public CompletableFuture handleAsync(BiFunction<? super T,Throwable,? extends U> fn)

public CompletableFuture handleAsync(BiFunction<? super T,Throwable,? extends U> fn, Executor executor)


CompletableFuture<String> f1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("hello world");
    return "result";
});
CompletableFuture<Integer> f2 = f1.handle((r, e) -> {
    System.out.println("handle");
    return 1;
});

3）thenApply

可以使用thenApply方法来执行CompletableFuture返回类型转换
只有处理正常返回值,一旦有异常就会抛出
返回新的CompletableFuture类型
对上一次CompletableFuture执行完的结果进行某些操作

public CompletableFuture thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)

public CompletableFuture thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn)

public CompletableFuture thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn, Executor executor)


CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("hello world");
    return "result";
}).thenApply((r) -> {
    System.out.println(r);
    return "aaa";
}).thenApply((r) -> {
    System.out.println(r);
    return 1;
});

4）thenAccept

在CompletableFuture完成之后执行某些消费动作，而不返回新的CompletableFuture类型
只有处理正常返回值,一旦有异常就会抛出
对上一次CompletableFuture执行完的结果进行某些操作

public CompletableFuture<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action)

public CompletableFuture<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action)

public CompletableFuture<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action, Executor executor)


CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("hello world");
    return "result";
}).thenAccept(r -> {
    System.out.println(r);
}).thenAccept(r -> {
    // 这里的r为Void（null）了
    System.out.println(r);
})

5）thenAppeptBoth

同时对2个CompletableFuture执行结果执行某些操作
和handle/thenApply/thenAppep的流程是一样的
只不过thenAppeptBoth中包含了另一个CompletableFuture对象（注意，这里另一个CompletableFuture对象的执行可并不是上一个CompletableFuture执行结束才开始执行的）
无返回值
thenAcceptBoth 和 runAfterBoth ，是2个CompletableFuture都计算完成

public CompletableFuture<Void> thenAcceptBoth(CompletionStage<? extends U> other, BiConsumer<? super T,? super U> action)

public CompletableFuture<Void> thenAcceptBothAsync(CompletionStage<? extends U> other, BiConsumer<? super T,? super U> action)

public CompletableFuture<Void> thenAcceptBothAsync(CompletionStage<? extends U> other, BiConsumer<? super T,? super U> action, Executor executor)

public CompletableFuture<Void> runAfterBoth(CompletionStage<?> other, Runnable action)


CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("hello world");
    return "result";
}).thenAcceptBoth(CompletableFuture.completedFuture("result2"), (r1, r2) -> {
    System.out.println(r1 + "-" + r2);
});

6）thenCombine

同时对2个CompletableFuture执行结果执行某些操作
和handle/thenApply/thenAppep的流程是一样的
只不过thenAppeptBoth中包含了另一个CompletableFuture对象（注意，这里另一个CompletableFuture对象的执行可并不是上一个CompletableFuture执行结束才开始执行的）
有返回值

public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombine(CompletionStage<? extends U> other, BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn)

public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombineAsync(CompletionStage<? extends U> other, BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn)

public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombineAsync(CompletionStage<? extends U> other, BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn, Executor executor)


CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("hello world");
    return "result";
}).thenCombine(CompletableFuture.completedFuture("result2"), (r1, r2) -> {
    System.out.println(r1 + "-" + r2);
    return r1 + "-" + r2;
});

7）acceptEither

当任意一个CompletableFuture计算完成的时候就会执行

public CompletableFuture<Void> acceptEither(CompletionStage<? extends T> other, Consumer<? super T> action)

public CompletableFuture<Void> acceptEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other, Consumer<? super T> action)

public CompletableFuture<Void> acceptEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other, Consumer<? super T> action, Executor executor)

public CompletableFuture applyToEither(CompletionStage<? extends T> other, Function<? super T,U> fn)

public CompletableFuture applyToEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other, Function<? super T,U> fn)

public CompletableFuture applyToEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other, Function<? super T,U> fn, Executor executor)

allOf ：在多个CompletableFuture都计算完成后执行某个动作
anyOf：在多个CompletableFuture中的一个计算完成后执行某个动作

public static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs)

public static CompletableFuture<Object> anyOf(CompletableFuture<?>... cfs)

二、CompletableFuture实现机制

CompletableFuture实现流程：

执行任务
添加任务完成之后的动作（回调方法）
执行回调

CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // callable任务
    System.out.println("hello world");
    return "result";
}).thenApply(r -> {
    // 任务完成之后的动作（回调方法），类似于ThreadPoolExecutor.afterExecute方法
    System.out.println(r);
    return r;
});

1、执行任务：AsyncSupply.run

public void run() {
    CompletableFuture<T> d; Supplier<T> f;
    // dep是当前CompletableFuture，fn是任务执行逻辑
    if ((d = dep) != null && (f = fn) != null) {
        dep = null; fn = null;
        if (d.result == null) {
            try {
                // 1 任务执行 & result cas设置
                d.completeValue(f.get());
            } catch (Throwable ex) {
                // 1.1 result cas异常设置
                d.completeThrowable(ex);
            }
        }
        // 2 任务完成，可能涉及到回调的执行
        d.postComplete();
    }
}

2、添加回调：thenApply


public <U> CompletableFuture<U> thenApply(
    Function<? super T,? extends U> fn) {
    return uniApplyStage(null, fn);
}
private <V> CompletableFuture<V> uniApplyStage(
    Executor e, Function<? super T,? extends V> f) {
    if (f == null) throw new NullPointerException();
    CompletableFuture<V> d =  new CompletableFuture<V>();
    if (e != null || !d.uniApply(this, f, null)) {
        // 当上一个CompletableFuture未完成时，将该CompletableFuture添加
        // 到上一个CompletableFuture的statck中
        UniApply<T,V> c = new UniApply<T,V>(e, d, this, f);
        push(c);
        c.tryFire(SYNC);
    }
    return d;
}

3、执行回调：CompletableFuture.postComplete


final void postComplete() {
    /*
     * On each step, variable f holds current dependents to pop
     * and run.  It is extended along only one path at a time,
     * pushing others to avoid unbounded recursion.
     */
    CompletableFuture<?> f = this; Completion h;
    while ((h = f.stack) != null ||
           (f != this && (h = (f = this).stack) != null)) {
        CompletableFuture<?> d; Completion t;
        // cas设置h.next到当前CompletableFuture.statck
        if (f.casStack(h, t = h.next)) {
            if (t != null) {
                if (f != this) {
                    pushStack(h);
                    continue;
                }
                h.next = null;    // detach
            }
            f = (d = h.tryFire(NESTED)) == null ? this : d;
        }
    }
}

// UniAccept
final CompletableFuture<Void> tryFire(int mode) {
    CompletableFuture<Void> d; CompletableFuture<T> a;
    if ((d = dep) == null ||
        !d.uniAccept(a = src, fn, mode > 0 ? null : this)) // 执行回调
        return null;
    dep = null; src = null; fn = null;
    // 返回当前CompletableFuture 或者 递归调用postComplete
    return d.postFire(a, mode);
}