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文章标题：Java 中的 CompletableFuture 如何处理多个并发任务？
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在Java中，CompletableFuture 是处理异步编程和并发任务的一个强大工具，它属于Java 8引入的并发API的一部分。CompletableFuture 提供了一系列灵活的方法来组合和链接多个异步任务，从而能够以非阻塞的方式处理复杂的并发场景。下面，我们将深入探讨如何使用 CompletableFuture 来处理多个并发任务，包括任务的执行、组合、以及异常处理等方面。

一、CompletableFuture 简介

CompletableFuture 实现了 Future 和 CompletionStage 接口，它不仅代表了异步计算的结果，还提供了多种方法来处理计算结果，包括转换、组合以及查询结果是否完成等。与传统的 Future 不同，CompletableFuture 支持更丰富的异步编程模式，如链式调用、异常传播以及非阻塞的等待。

二、单个异步任务的执行

首先，我们来看如何使用 CompletableFuture 来执行一个简单的异步任务。这通常涉及到 CompletableFuture 的静态工厂方法，如 runAsync（无返回值）和 supplyAsync（有返回值）。

// 无返回值的异步任务
CompletableFuture<Void> future1 = CompletableFuture.runAsync(() -> {
    // 模拟耗时操作
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        Thread.currentThread().interrupt();
    }
    System.out.println("任务1完成");
});

// 有返回值的异步任务
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 模拟耗时操作并返回结果
    try {
        Thread.sleep(1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        Thread.currentThread().interrupt();
    }
    return "任务2完成";
});

// 等待异步任务完成（阻塞方式）
future1.join();
System.out.println(future2.join());

在上面的例子中，runAsync 和 supplyAsync 分别用于执行无返回值和有返回值的异步任务。注意，默认情况下，这些任务会在 ForkJoinPool.commonPool() 上执行，但你也可以通过传递自定义的 Executor 来改变这一行为。

三、多个并发任务的组合

在实际应用中，我们经常需要同时执行多个异步任务，并在所有任务都完成后进行下一步操作。CompletableFuture 提供了多种方法来组合多个任务。

1. thenApply 和 thenCompose

这两个方法用于在异步任务完成后，对结果进行进一步的处理。区别在于，thenApply 接收一个 Function，它返回的是 U 类型的结果，且这个 Function 的执行是同步的；而 thenCompose 接收一个返回 CompletableFuture<U> 的 Function，允许进一步异步处理。

CompletableFuture<String> result = future2.thenApply(resultString -> {
    return resultString.toUpperCase();
});

// 假设有另一个异步任务future3，我们想在future2完成后继续执行它
CompletableFuture<String> combinedFuture = future2.thenCompose(resultString -> {
    // 这里可以执行另一个异步任务，并返回其结果
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> resultString + " 后续处理");
});

2. allOf 和 anyOf

当你需要等待多个 CompletableFuture 实例完成时，CompletableFuture.allOf 和 CompletableFuture.anyOf 提供了解决方案。allOf 方法等待所有给定的 CompletableFuture 完成，而 anyOf 等待任何一个完成。

CompletableFuture<Void> future3 = CompletableFuture.runAsync(() -> {
    // 模拟耗时操作
    try {
        Thread.sleep(500);
    } catch (InterruptedException e) {
        Thread.currentThread().interrupt();
    }
    System.out.println("任务3完成");
});

CompletableFuture<Void> allFutures = CompletableFuture.allOf(future1, future2, future3);
allFutures.join(); // 等待所有任务完成

System.out.println("所有任务完成");

四、异常处理

在异步编程中，异常处理是一个重要方面。CompletableFuture 提供了几种处理异常的方法，如 exceptionally、handle 和 whenComplete。

1. exceptionally

exceptionally 方法允许你指定一个当异常发生时调用的函数，该函数将返回一个新的结果以替代异常。

CompletableFuture<String> futureWithError = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    throw new RuntimeException("发生错误");
}).exceptionally(ex -> "错误处理结果");

System.out.println(futureWithError.join()); // 输出: 错误处理结果

2. handle

handle 方法提供了更灵活的异常处理方式，它既可以处理正常结果，也可以处理异常。它接收一个 BiFunction，该函数的第一个参数是任务的结果（或异常），第二个参数是异常（如果任务正常完成，则为 null）。

CompletableFuture<String> handledFuture = futureWithError.handle((result, ex) -> {
    if (ex != null) {
        return "捕获到异常: " + ex.getMessage();
    }
    return "正常结果: " + result;
});

System.out.println(handledFuture.join()); // 输出: 捕获到异常: 发生错误

3. whenComplete

whenComplete 方法用于在任务完成时执行一个操作，无论任务是正常完成还是异常结束。它接收一个 BiConsumer，分别接收任务的结果和异常。

futureWithError.whenComplete((result, ex) -> {
    if (ex != null) {
        System.out.println("任务完成，但发生异常: " + ex.getMessage());
    } else {
        System.out.println("任务正常完成，结果: " + result);
    }
});

五、总结

CompletableFuture 是Java并发编程中的一个重要工具，它提供了丰富的API来支持异步编程和并发任务的处理。通过 runAsync、supplyAsync 方法可以方便地启动异步任务，而 thenApply、thenCompose、allOf 和 anyOf 等方法则允许我们以非阻塞的方式组合和链接多个任务。此外，exceptionally、handle 和 whenComplete 方法提供了强大的异常处理机制。

在实际开发中，合理利用 CompletableFuture 可以显著提高程序的响应性和吞吐量，特别是在处理大量IO密集型或计算密集型任务时。然而，也需要注意，过度使用或不当使用 CompletableFuture 可能会导致代码复杂性增加，因此需要根据实际情况谨慎选择。

最后，通过本文的介绍，希望读者能对 CompletableFuture 有一个更全面的了解，并在自己的项目中灵活运用。如果你对并发编程和异步处理有更深入的兴趣，不妨关注我的码小课网站，那里有更多关于Java并发编程的实战课程和案例分享，帮助你进一步提升自己的编程技能。

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