Java 中 CompletableFuture 任务异步回调 thenApply 方法
一、CompletableFuture 简介
在 Java 8 之前，处理异步任务相对繁琐，通常需要借助 Future 接口来实现，但 Future 存在一些局限性，比如获取结果时需要阻塞等待，无法方便地进行链式调用以及处理异步任务的组合等。Java 8 引入了 CompletableFuture，它实现了 Future 接口和 CompletionStage 接口，为异步编程带来了极大的便利。
CompletableFuture 可以手动完成任务，也可以在任务完成时触发回调，并且支持链式调用和任务组合等强大功能。它让我们能够以更简洁、更高效的方式编写异步代码，提升程序的性能和响应性。
二、thenApply 方法概述
thenApply 方法是 CompletableFuture 提供的一个用于异步任务回调的重要方法。它的作用是在当前 CompletableFuture 任务完成后，对其结果进行转换，并返回一个新的 CompletableFuture。
其方法签名如下：
<U> CompletableFuture<U> thenApply(Function<? super T,? extends U> fn);
其中，T 是当前 CompletableFuture 的结果类型，U 是经过 fn 函数转换后新的 CompletableFuture 的结果类型。fn 是一个 Function 接口的实现，用于对当前 CompletableFuture 的结果进行转换操作。
三、thenApply 方法原理深入剖析
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任务完成触发回调 当
CompletableFuture代表的异步任务完成时（无论是正常完成还是异常完成），会触发thenApply注册的回调函数。这里的任务完成，可能是通过CompletableFuture的complete方法手动完成，也可能是异步任务执行结束返回结果。 -
结果转换逻辑
thenApply中的Function函数接收当前CompletableFuture的结果作为参数，并返回一个新的结果。这个新的结果将作为新的CompletableFuture的结果。例如，如果当前CompletableFuture代表的任务返回一个Integer类型的数字，我们可以通过thenApply中的Function将其转换为String类型。 -
新 CompletableFuture 的创建与状态管理
thenApply方法返回一个新的CompletableFuture。这个新的CompletableFuture的状态与当前CompletableFuture的完成情况紧密相关。如果当前CompletableFuture正常完成，新的CompletableFuture会通过调用Function函数对结果进行转换，并将转换后的结果设置为自身的结果，从而也进入完成状态。如果当前CompletableFuture异常完成，新的CompletableFuture也会以相同的异常进入异常完成状态，而不会调用Function函数。
四、thenApply 方法的代码示例
- 简单的数值转换示例
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class ThenApplyExample1 {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟一个异步任务，这里返回 5
return 5;
});
CompletableFuture<String> future2 = future1.thenApply(result -> {
// 将 Integer 类型的结果转换为 String 类型
return "结果是：" + result;
});
System.out.println(future2.get());
}
}
在这个示例中，CompletableFuture.supplyAsync 方法创建了一个异步任务，该任务返回一个 Integer 类型的结果 5。然后通过 thenApply 方法，将这个 Integer 类型的结果转换为 String 类型，并返回一个新的 CompletableFuture。最后通过 get 方法获取最终的结果并打印。
- 结合复杂业务逻辑的示例 假设我们有一个电商系统，需要查询商品价格并根据价格计算折扣后的价格。
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class ThenApplyExample2 {
// 模拟查询商品价格的异步方法
public static CompletableFuture<Double> getProductPrice(String productId) {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 这里简单返回一个固定价格，实际应用中会从数据库或其他数据源查询
return 100.0;
});
}
// 模拟计算折扣价格的方法
public static double calculateDiscountedPrice(double price) {
// 简单的折扣计算，打 8 折
return price * 0.8;
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CompletableFuture<Double> priceFuture = getProductPrice("12345");
CompletableFuture<Double> discountedPriceFuture = priceFuture.thenApply(ThenApplyExample2::calculateDiscountedPrice);
System.out.println("折扣后的价格是：" + discountedPriceFuture.get());
}
}
在这个示例中，getProductPrice 方法模拟了一个异步查询商品价格的操作，返回一个 CompletableFuture<Double>。然后通过 thenApply 方法，将获取到的商品价格传递给 calculateDiscountedPrice 方法进行折扣计算，得到折扣后的价格，并返回一个新的 CompletableFuture<Double>。
- 处理异常情况的示例
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class ThenApplyExample3 {
public static CompletableFuture<Integer> divideNumbers(int a, int b) {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
if (b == 0) {
throw new IllegalArgumentException("除数不能为 0");
}
return a / b;
});
}
public static void main(String[] args) {
CompletableFuture<Integer> future = divideNumbers(10, 2);
CompletableFuture<String> resultFuture = future.thenApply(result -> {
return "结果是：" + result;
});
resultFuture.thenAccept(System.out::println)
.exceptionally(ex -> {
System.out.println("发生异常：" + ex.getMessage());
return null;
});
// 这里也可以直接在 future 上处理异常
future.exceptionally(ex -> {
System.out.println("除法发生异常：" + ex.getMessage());
return -1;
}).thenApply(result -> {
if (result == -1) {
return "计算失败";
}
return "结果是：" + result;
}).thenAccept(System.out::println);
}
}
在这个示例中，divideNumbers 方法模拟了一个可能抛出异常的异步除法操作。如果除法操作正常完成，thenApply 方法会将结果转换为字符串。如果发生异常，通过 exceptionally 方法可以捕获并处理异常。这里展示了两种处理异常的方式，一种是在 thenApply 后的 CompletableFuture 上处理，另一种是在原始的 CompletableFuture 上处理。
五、thenApply 方法与其他 CompletableFuture 方法的组合使用
- 与 thenCompose 方法组合
thenCompose方法也是CompletableFuture提供的用于链式调用的方法，但它与thenApply有一些区别。thenApply返回的是一个包含转换后结果的新CompletableFuture，而thenCompose返回的是Function函数返回的CompletableFuture本身。
例如，假设我们有两个异步任务，第一个任务返回一个用户 ID，第二个任务需要根据这个用户 ID 查询用户详细信息：
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class ThenApplyAndThenComposeExample {
// 模拟根据用户 ID 查询用户详细信息的异步方法
public static CompletableFuture<String> getUserDetailsById(int userId) {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 这里简单返回一个固定的用户信息，实际应用中会从数据库查询
return "用户" + userId + "的详细信息";
});
}
public static CompletableFuture<Integer> getUserId() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 这里简单返回一个固定的用户 ID
return 1;
});
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CompletableFuture<String> future1 = getUserId().thenApply(id -> {
// 这里如果使用 thenApply，返回的是 CompletableFuture<CompletableFuture<String>>
return getUserDetailsById(id);
});
CompletableFuture<String> future2 = getUserId().thenCompose(ThenApplyAndThenComposeExample::getUserDetailsById);
System.out.println(future1.get().get());
System.out.println(future2.get());
}
}
在这个示例中，thenApply 方法返回的是一个 CompletableFuture<CompletableFuture<String>>，需要嵌套获取结果。而 thenCompose 方法直接返回 getUserDetailsById 方法返回的 CompletableFuture<String>，更方便地获取最终结果。
- 与 thenAccept 方法组合
thenAccept方法用于在CompletableFuture任务完成后执行一个消费操作，但不返回新的结果。我们可以将thenApply和thenAccept组合使用，先对结果进行转换，然后进行消费。
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
public class ThenApplyAndThenAcceptExample {
public static CompletableFuture<Integer> calculateResult() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
return 10;
});
}
public static void main(String[] args) {
calculateResult().thenApply(result -> result * 2)
.thenAccept(finalResult -> System.out.println("最终结果是：" + finalResult));
}
}
在这个示例中，calculateResult 方法返回一个 CompletableFuture<Integer>。通过 thenApply 方法将结果乘以 2 进行转换，然后通过 thenAccept 方法打印最终结果。
六、使用 thenApply 方法的注意事项
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线程安全性 虽然
CompletableFuture本身是线程安全的，但在thenApply中的Function函数如果涉及到共享资源的访问和修改，需要注意线程安全问题。例如，如果Function函数中访问了一个共享的可变对象，多个线程同时执行这个Function可能会导致数据竞争和不一致的问题。 -
异常处理 在
thenApply中，如果Function函数抛出异常，会导致返回的新CompletableFuture进入异常完成状态。需要通过exceptionally等方法来妥善处理这些异常，避免程序出现未处理的异常导致崩溃。 -
性能问题 虽然
CompletableFuture提供了强大的异步编程能力，但如果在thenApply中执行的Function函数包含大量的计算或阻塞操作，可能会影响程序的整体性能。尽量保持Function函数的简洁和高效，对于复杂的计算可以考虑进一步异步化。 -
内存泄漏风险 如果在
thenApply中创建了大量的对象，并且这些对象没有及时释放，可能会导致内存泄漏问题。尤其是在高并发的场景下，需要仔细检查资源的使用和释放情况。
七、实际应用场景
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电商系统中的订单处理 在电商系统中，当用户下单后，可能需要进行一系列异步操作，如库存检查、价格计算、订单记录等。可以使用
CompletableFuture的thenApply方法来对每个步骤的结果进行转换和处理。例如，在库存检查通过后，通过thenApply计算订单总价，并继续后续的订单记录操作。 -
大数据处理 在大数据处理场景中，可能需要对从数据源获取的数据进行一系列的转换和处理。可以使用
CompletableFuture异步获取数据，然后通过thenApply方法对数据进行清洗、转换等操作，提高数据处理的效率。 -
分布式系统中的服务调用 在分布式系统中，微服务之间的调用通常是异步的。当一个微服务调用另一个微服务获取结果后，可能需要对结果进行处理并调用下一个微服务。
CompletableFuture的thenApply方法可以方便地实现这种链式调用和结果转换，使得分布式系统的服务编排更加灵活和高效。
八、总结 thenApply 方法的优势
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简洁的链式调用 通过
thenApply方法，我们可以方便地对异步任务的结果进行链式处理，使得代码结构更加清晰，易于理解和维护。相比传统的异步编程方式，不需要手动管理任务的依赖关系和结果传递，大大减少了代码的复杂性。 -
灵活的结果转换
thenApply允许我们根据实际需求对异步任务的结果进行任意转换，无论是简单的类型转换还是复杂的业务逻辑处理，都可以通过实现Function接口来完成。这种灵活性使得CompletableFuture能够适应各种不同的应用场景。 -
异步任务组合与扩展 结合
CompletableFuture的其他方法，如thenCompose、thenAccept等，thenApply方法可以实现强大的异步任务组合和扩展功能。我们可以轻松地构建复杂的异步任务链，满足不同业务场景下的需求。 -
提升程序性能和响应性 由于
CompletableFuture是基于异步和并行计算的，使用thenApply方法可以充分利用多核处理器的性能，避免阻塞主线程，从而提升程序的整体性能和响应性。在高并发和对响应时间要求较高的应用场景中，这一优势尤为明显。
通过深入理解 CompletableFuture 的 thenApply 方法，并合理地应用在实际项目中，我们能够编写出更加高效、灵活和健壮的异步程序。无论是简单的数值转换，还是复杂的分布式系统服务编排，thenApply 都能为我们提供强大的支持。在使用过程中，注意处理好线程安全、异常处理、性能优化等问题，充分发挥其优势，为我们的程序带来更好的用户体验和更高的运行效率。同时，不断探索 thenApply 与其他 CompletableFuture 方法的组合使用，能够进一步挖掘异步编程的潜力，满足日益复杂的业务需求。在实际应用场景中，如电商系统、大数据处理和分布式系统等，thenApply 方法都有着广泛的应用前景，帮助我们构建出更加优秀的软件系统。