Java 中 CompletableFuture 任务组合 thenCompose 方法
1. CompletableFuture 概述
在 Java 中，CompletableFuture 是 Java 8 引入的一个强大工具，用于异步编程。它使得处理异步任务变得更加容易和灵活。CompletableFuture 实现了 Future 接口，并且扩展了其功能，提供了很多用于处理异步操作结果的方法。通过 CompletableFuture，我们可以更方便地进行异步任务的创建、组合、处理结果以及异常处理等操作。
2. thenCompose 方法的作用
thenCompose 方法是 CompletableFuture 中用于任务组合的重要方法之一。它的主要作用是将两个异步操作进行组合，使得第一个异步操作完成后，其结果作为参数传递给第二个异步操作，并且返回一个新的 CompletableFuture，这个新的 CompletableFuture 代表了整个组合操作的结果。
thenCompose 方法的签名如下：
public <U> CompletableFuture<U> thenCompose(Function<? super T,? extends CompletionStage<U>> fn)
其中，T 是当前 CompletableFuture 的结果类型，U 是组合后新的 CompletableFuture 的结果类型。fn 是一个函数，它接收当前 CompletableFuture 的结果，并返回一个新的 CompletionStage（通常是一个 CompletableFuture）。
3. 简单示例
让我们通过一个简单的例子来理解 thenCompose 的基本用法。假设我们有两个异步任务：第一个任务模拟从数据库中查询用户信息，第二个任务根据用户信息查询用户的订单信息。
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
class User {
private String name;
public User(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
}
class Order {
private String orderInfo;
public Order(String orderInfo) {
this.orderInfo = orderInfo;
}
public String getOrderInfo() {
return orderInfo;
}
}
public class ComposeExample {
public static CompletableFuture<User> getUserFromDB() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟数据库查询
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return new User("John");
});
}
public static CompletableFuture<Order> getOrderByUser(User user) {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟根据用户查询订单
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return new Order("Order of " + user.getName());
});
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CompletableFuture<Order> result = getUserFromDB()
.thenCompose(ComposeExample::getOrderByUser);
System.out.println(result.get().getOrderInfo());
}
}
在上述代码中，getUserFromDB 方法返回一个 CompletableFuture<User>，模拟从数据库获取用户信息。getOrderByUser 方法接收一个 User 对象，返回一个 CompletableFuture<Order>，模拟根据用户获取订单信息。通过 thenCompose 方法，我们将这两个异步操作组合起来，先获取用户，然后根据用户获取订单，最终得到包含订单信息的 CompletableFuture<Order>。
4. 与 thenApply 的区别
在理解 thenCompose 时，很容易与 thenApply 方法混淆。thenApply 方法也用于处理 CompletableFuture 的结果，但它返回的是一个直接包含处理后结果的 CompletableFuture，而不是像 thenCompose 那样返回一个由另一个 CompletableFuture 构成的新 CompletableFuture。
thenApply 方法的签名如下：
public <U> CompletableFuture<U> thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)
它接收一个函数 fn，该函数接收当前 CompletableFuture 的结果 T，并返回一个新的结果 U，返回的 CompletableFuture<U> 直接包含这个新结果。
例如，假设我们只想获取用户的名字并转换为大写：
public class ApplyExample {
public static CompletableFuture<User> getUserFromDB() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟数据库查询
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return new User("John");
});
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CompletableFuture<String> result = getUserFromDB()
.thenApply(user -> user.getName().toUpperCase());
System.out.println(result.get());
}
}
在这个例子中，thenApply 直接处理 User 对象，返回一个包含大写用户名的 CompletableFuture<String>。
5. 链式调用与复杂任务组合
thenCompose 方法非常适合链式调用，用于构建复杂的异步任务链。例如，假设我们有一系列任务：从数据库获取用户，根据用户获取订单，根据订单获取订单详情，最后处理订单详情。
class OrderDetail {
private String detailInfo;
public OrderDetail(String detailInfo) {
this.detailInfo = detailInfo;
}
public String getDetailInfo() {
return detailInfo;
}
}
public class ChainComposeExample {
public static CompletableFuture<User> getUserFromDB() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟数据库查询
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return new User("John");
});
}
public static CompletableFuture<Order> getOrderByUser(User user) {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟根据用户查询订单
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return new Order("Order of " + user.getName());
});
}
public static CompletableFuture<OrderDetail> getOrderDetailByOrder(Order order) {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟根据订单查询订单详情
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return new OrderDetail("Detail of " + order.getOrderInfo());
});
}
public static String processOrderDetail(OrderDetail orderDetail) {
return "Processed: " + orderDetail.getDetailInfo();
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CompletableFuture<String> result = getUserFromDB()
.thenCompose(ChainComposeExample::getOrderByUser)
.thenCompose(ChainComposeExample::getOrderDetailByOrder)
.thenApply(ChainComposeExample::processOrderDetail);
System.out.println(result.get());
}
}
在这个例子中，我们通过多次调用 thenCompose 和 thenApply，构建了一个复杂的异步任务链。每个任务依赖前一个任务的结果，最终得到处理后的订单详情。
6. 异常处理
在使用 thenCompose 进行任务组合时，异常处理非常重要。如果任何一个异步任务抛出异常，整个任务链都会受到影响。CompletableFuture 提供了多种异常处理方法，例如 exceptionally。
让我们修改前面的例子，在 getUserFromDB 方法中添加可能抛出异常的情况：
public class ExceptionComposeExample {
public static CompletableFuture<User> getUserFromDB() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟数据库查询
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (Math.random() > 0.5) {
throw new RuntimeException("Database error");
}
return new User("John");
});
}
public static CompletableFuture<Order> getOrderByUser(User user) {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟根据用户查询订单
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return new Order("Order of " + user.getName());
});
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CompletableFuture<Order> result = getUserFromDB()
.thenCompose(ExceptionComposeExample::getOrderByUser)
.exceptionally(ex -> {
System.out.println("Caught exception: " + ex.getMessage());
return null;
});
System.out.println(result.get());
}
}
在上述代码中，如果 getUserFromDB 方法抛出异常，exceptionally 方法会捕获异常并进行处理，返回一个默认值（这里是 null），避免整个任务链因异常而终止。
7. 与其他 CompletableFuture 方法的协同使用
thenCompose 方法可以与其他 CompletableFuture 方法协同使用，以实现更复杂的异步操作。例如，whenComplete 方法可以在 CompletableFuture 完成（无论是正常完成还是异常完成）时执行一个动作。
public class CoordinationExample {
public static CompletableFuture<User> getUserFromDB() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟数据库查询
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return new User("John");
});
}
public static CompletableFuture<Order> getOrderByUser(User user) {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟根据用户查询订单
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return new Order("Order of " + user.getName());
});
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CompletableFuture<Order> result = getUserFromDB()
.thenCompose(CoordinationExample::getOrderByUser)
.whenComplete((order, ex) -> {
if (ex == null) {
System.out.println("Order retrieved: " + order.getOrderInfo());
} else {
System.out.println("Exception occurred: " + ex.getMessage());
}
});
System.out.println(result.get());
}
}
在这个例子中，whenComplete 方法在 thenCompose 组合的任务完成后执行，根据是否有异常打印相应的信息。
8. 实际应用场景
- 微服务调用链：在微服务架构中，一个业务操作可能涉及多个微服务的调用，并且后一个微服务的调用依赖前一个微服务的结果。例如，一个电商系统中，先调用用户服务获取用户信息，再根据用户信息调用订单服务获取订单，最后根据订单调用物流服务获取物流信息。通过
thenCompose可以方便地组合这些异步微服务调用。 - 数据处理流水线：在数据处理场景中，数据可能需要经过多个步骤的处理，每个步骤都可能是异步的。例如，从文件系统读取数据，然后对数据进行清洗，再进行分析，最后生成报告。每个步骤的结果作为下一个步骤的输入，
thenCompose可以很好地管理这个数据处理流水线。
9. 性能考虑
虽然 thenCompose 提供了强大的异步任务组合能力，但在使用时也需要考虑性能问题。过多的异步任务组合和链式调用可能会导致线程上下文切换频繁，增加系统开销。此外，如果异步任务本身执行时间较长，需要合理调整线程池大小等参数，以提高系统的整体性能。
例如，在前面的例子中，如果每个异步任务的执行时间都很长，我们可以考虑使用自定义的线程池来执行这些任务，而不是使用默认的 ForkJoinPool.commonPool()。
import java.util.concurrent.*;
public class PerformanceExample {
private static final ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
public static CompletableFuture<User> getUserFromDB() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟数据库查询
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return new User("John");
}, executor);
}
public static CompletableFuture<Order> getOrderByUser(User user) {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟根据用户查询订单
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return new Order("Order of " + user.getName());
}, executor);
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CompletableFuture<Order> result = getUserFromDB()
.thenCompose(PerformanceExample::getOrderByUser);
System.out.println(result.get());
executor.shutdown();
}
}
在这个例子中，我们创建了一个固定大小为 10 的线程池 executor，并在 CompletableFuture.supplyAsync 方法中指定使用这个线程池，以更好地控制异步任务的执行和性能。
10. 总结 thenCompose 的特点和优势
- 任务依赖处理：
thenCompose能够很好地处理异步任务之间的依赖关系，确保任务按照顺序依次执行，前一个任务的结果作为后一个任务的输入。 - 代码简洁：通过链式调用
thenCompose，可以将复杂的异步任务组合写得更加简洁明了，提高代码的可读性和可维护性。 - 异常处理方便：结合
exceptionally等异常处理方法，可以方便地处理异步任务链中可能出现的异常，避免因一个任务失败而导致整个流程崩溃。 - 灵活性高：与其他
CompletableFuture方法协同使用，能够满足各种复杂的异步编程需求，适用于多种实际应用场景。
通过深入理解和合理使用 thenCompose 方法，Java 开发者可以更高效地进行异步编程，充分发挥多核处理器的性能优势，提升应用程序的响应速度和吞吐量。在实际开发中，需要根据具体的业务需求和性能要求，灵活运用 thenCompose 及其相关方法，构建出健壮、高效的异步应用程序。
希望通过以上内容，读者对 Java 中 CompletableFuture 的 thenCompose 方法有了更全面、深入的理解和掌握，能够在实际项目中熟练运用该方法解决异步任务组合的问题。