Java 中 CompletableFuture 任务异步回调 thenRun 方法

1. CompletableFuture 概述

在Java的并发编程领域，CompletableFuture是一个强大的工具，它在Java 8中被引入。CompletableFuture类实现了Future接口和CompletionStage接口，这使得它既可以作为一个Future来获取异步任务的结果，又能够以一种更灵活、链式调用的方式处理异步操作的结果和过程。

Future接口是Java并发包中较早提供的用于异步计算的工具，但是它存在一些局限性。例如，它缺乏对异步任务完成后的后续处理的支持，不能方便地将多个异步任务组合起来，也不能很好地处理异步任务中的异常。而CompletableFuture则很好地解决了这些问题。

2. thenRun 方法基础介绍

thenRun方法是CompletableFuture类中用于处理异步任务完成后执行后续操作的方法之一。它的定义如下：

public CompletableFuture<Void> thenRun(Runnable action)

该方法接收一个Runnable类型的参数action。当调用该方法的CompletableFuture完成（无论是正常完成还是因异常完成）时，会异步执行传入的Runnable任务。这里需要注意的是，thenRun方法返回的是一个新的CompletableFuture<Void>，这意味着后续操作并不关心前序CompletableFuture的计算结果，并且自身也不会产生有意义的返回值（因为返回类型是Void）。

3. 代码示例 - 简单的 thenRun 使用

以下是一个简单的示例，展示了如何使用thenRun方法：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class ThenRunExample {
    public static void main(String[] args) {
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("执行异步任务...");
            // 模拟一些耗时操作
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "任务执行结果";
        }).thenRun(() -> {
            System.out.println("异步任务完成，执行 thenRun 中的操作");
        }).thenAccept(result -> {
            System.out.println("最终结果: " + result);
        });

        // 防止主线程退出
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上述代码中，首先通过CompletableFuture.supplyAsync方法创建了一个异步任务，该任务会模拟2秒的耗时操作，并返回一个字符串结果。接着调用thenRun方法，当异步任务完成后，会执行thenRun中的Runnable，打印出“异步任务完成，执行 thenRun 中的操作”。最后通过thenAccept方法处理最终的结果（虽然thenRun并不关心前序任务的结果，但这里为了展示完整流程）。注意，在main方法末尾，通过Thread.sleep防止主线程过早退出，以便异步任务能够执行完毕。

4. thenRun 方法原理深入分析

4.1 异步任务执行机制

CompletableFuture的异步任务执行依赖于ForkJoinPool.commonPool()（默认情况下）。当调用CompletableFuture.supplyAsync等方法时，会将任务提交到这个公共线程池中执行。当任务完成时，CompletableFuture会通过内部的状态机机制来标记任务已完成，并触发相关的后续操作，比如thenRun中指定的Runnable任务。

4.2 内部状态管理

CompletableFuture内部通过一个volatile修饰的int类型变量来管理任务的状态。例如，任务未开始时状态为NEW，正常完成时状态会转变为NORMAL，异常完成时状态为EXCEPTIONAL等。当任务状态发生变化时，CompletableFuture会根据状态来决定是否执行后续的回调操作，如thenRun方法注册的Runnable。

4.3 线程调度与执行

thenRun方法注册的Runnable任务会被提交到ForkJoinPool.commonPool()中异步执行。这意味着thenRun中的操作不会阻塞前序任务的执行线程。同时，由于是异步执行，thenRun中的代码与前序任务的执行可能在不同的线程中并发执行，这就需要开发者注意多线程编程中的线程安全问题。

5. 与其他 CompletableFuture 方法对比

5.1 thenRun vs thenApply

thenApply方法与thenRun方法有明显的区别。thenApply方法接收一个Function类型的参数，它会将前序CompletableFuture的结果作为输入传递给这个Function，并返回一个新的CompletableFuture，其结果是Function的返回值。例如：

CompletableFuture.supplyAsync(() -> 10)
       .thenApply(result -> result * 2)
       .thenAccept(System.out::println);

上述代码中，thenApply将前序任务返回的10翻倍，得到20并传递给下一个CompletableFuture。而thenRun并不关心前序任务的结果，只是在任务完成后执行一个无参的Runnable。

5.2 thenRun vs thenAccept

thenAccept方法接收一个Consumer类型的参数，它会将前序CompletableFuture的结果作为输入传递给这个Consumer，但返回的CompletableFuture的结果为Void，即不产生新的有意义的返回值。例如：

CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello")
       .thenAccept(System.out::println);

这里thenAccept打印出前序任务返回的“Hello”。与thenRun不同的是，thenAccept可以获取前序任务的结果，而thenRun不能。

6. 异常处理与 thenRun

6.1 前序任务异常时的 thenRun 行为

当调用thenRun方法的CompletableFuture因为异常而完成时，thenRun中的Runnable任务依然会被异步执行。这是因为thenRun并不关心前序任务的结果是正常还是异常，只要任务完成（无论是何种方式完成），它都会执行。例如：

CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    throw new RuntimeException("模拟异常");
})
       .thenRun(() -> {
            System.out.println("即使前序任务异常，thenRun 也会执行");
        });

在上述代码中，前序异步任务抛出了一个运行时异常，但thenRun中的任务依然会被执行。

6.2 处理 thenRun 中的异常

虽然thenRun中的Runnable任务不会直接处理前序任务的异常，但如果thenRun中的代码本身抛出异常，这个异常需要适当处理。由于thenRun返回的CompletableFuture<Void>，可以通过后续的exceptionally等方法来处理异常。例如：

CompletableFuture.supplyAsync(() -> "正常结果")
       .thenRun(() -> {
            throw new RuntimeException("thenRun 中抛出异常");
        })
       .exceptionally(ex -> {
            System.out.println("捕获 thenRun 中的异常: " + ex.getMessage());
            return null;
        });

在上述代码中，thenRun中抛出的异常被exceptionally方法捕获并处理。

7. 在实际项目中的应用场景

7.1 日志记录

在一个Web应用中，当处理完一个HTTP请求并返回响应后，可能需要记录一些日志信息。可以使用thenRun方法在请求处理完成后异步地执行日志记录操作，而不会阻塞请求处理线程，提高系统的响应性能。例如：

CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 处理HTTP请求逻辑
    return "响应内容";
})
       .thenRun(() -> {
            // 记录日志
            System.out.println("记录请求处理完成日志");
        });

7.2 资源清理

在一些需要使用外部资源（如数据库连接、文件句柄等）的异步操作中，当操作完成后，可以使用thenRun方法来异步地清理这些资源。例如，在使用完数据库连接进行异步数据查询后，通过thenRun关闭数据库连接：

CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 获取数据库连接并执行查询
    return "查询结果";
})
       .thenRun(() -> {
            // 关闭数据库连接
            System.out.println("关闭数据库连接");
        });

7.3 任务链中的无结果操作

在一个复杂的异步任务链中，有些步骤可能只是为了执行一些通用的操作，并不需要前序任务的结果，也不产生有意义的返回值。这时thenRun方法就非常适用。例如，在一系列数据处理任务后，可能需要执行一个数据备份的操作，但这个备份操作并不依赖于数据处理的具体结果，只是在处理完成后执行。可以这样实现：

CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 数据处理逻辑
    return "处理后的数据";
})
       .thenRun(() -> {
            // 执行数据备份操作
            System.out.println("执行数据备份");
        });

8. 性能考虑

8.1 线程池使用

由于thenRun方法默认使用ForkJoinPool.commonPool()来执行任务，在高并发场景下，如果公共线程池中的线程被大量占用，可能会导致thenRun中的任务等待执行，从而影响性能。在这种情况下，可以考虑创建自己的ThreadPoolExecutor并使用CompletableFuture.supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)方法，将任务提交到自定义的线程池中执行，以避免公共线程池的资源竞争。

8.2 任务执行时间

thenRun中的任务执行时间应该尽量短。如果thenRun中的Runnable任务执行时间过长，会占用线程资源，可能导致线程池中的线程长时间忙碌，影响其他任务的执行。对于耗时较长的操作，建议进一步将其拆分为更小的异步任务，或者使用其他更适合的异步处理方式。

8.3 并发控制

当多个CompletableFuture任务都使用thenRun方法并可能访问共享资源时，需要注意并发控制。可以使用锁机制（如synchronized关键字、ReentrantLock等）或者并发安全的数据结构（如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等）来保证数据的一致性和线程安全。

9. 总结与最佳实践

thenRun方法是CompletableFuture中用于在异步任务完成后执行无结果依赖操作的重要方法。它不关心前序任务的结果，只专注于任务完成后的后续操作。
在使用thenRun方法时，要注意异常处理，不仅要处理前序任务可能抛出的异常，也要处理thenRun自身代码可能抛出的异常。
合理使用线程池，根据实际业务场景和性能需求，选择是否使用默认的ForkJoinPool.commonPool()，或者创建自定义的线程池。
保持thenRun中任务的简短性，避免长时间阻塞线程，以提高系统的并发性能。
在涉及共享资源访问时，务必做好并发控制，确保数据的一致性和线程安全。

通过深入理解和合理使用thenRun方法，可以更好地利用CompletableFuture的强大功能，编写出高效、可靠的异步并发程序。无论是在Web应用开发、大数据处理还是其他需要异步处理的场景中，thenRun方法都能发挥重要的作用。