Java CompletableFuture thenCombine组合结果的实现方式
Java CompletableFuture thenCombine 组合结果的实现方式
1. CompletableFuture 概述
在Java并发编程中，CompletableFuture 是Java 8引入的一个强大工具，用于异步计算和处理结果。它使得处理异步任务变得更加容易和直观，通过提供了一系列的方法来处理异步操作的完成、组合多个异步操作的结果等。
CompletableFuture 类实现了 Future 接口和 CompletionStage 接口。Future 接口是Java早期用于异步计算的接口，它允许我们获取异步任务的结果，检查任务是否完成，取消任务等。然而，Future 接口在处理异步任务的组合和结果转换方面存在一些局限性。而 CompletionStage 接口则为异步计算的链式调用和组合提供了丰富的方法，CompletableFuture 正是基于此接口进行扩展，极大地增强了异步编程的能力。
2. thenCombine 方法的基本概念
thenCombine 方法是 CompletableFuture 类中用于组合两个 CompletableFuture 结果的重要方法。它允许我们在两个异步任务都完成后，将它们的结果合并成一个新的结果。
其方法签名如下：
<U, V> CompletableFuture<V> thenCombine(
CompletionStage<? extends U> other,
BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn)
other：另一个CompletionStage，表示需要与当前CompletableFuture组合的异步任务。fn：一个BiFunction函数式接口，用于将当前CompletableFuture的结果和other的结果合并成一个新的结果。
3. 简单示例：基本的 thenCombine 使用
假设我们有两个简单的异步任务，一个任务计算两个整数的和，另一个任务计算两个整数的乘积。我们可以使用 thenCombine 方法将这两个任务的结果组合起来。
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class ThenCombineExample {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CompletableFuture<Integer> sumFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
int a = 3;
int b = 5;
return a + b;
});
CompletableFuture<Integer> productFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
int a = 3;
int b = 5;
return a * b;
});
CompletableFuture<String> combinedFuture = sumFuture.thenCombine(productFuture, (sum, product) -> {
return "Sum: " + sum + ", Product: " + product;
});
System.out.println(combinedFuture.get());
}
}
在上述代码中：
sumFuture是一个异步任务，计算 3 和 5 的和。productFuture是另一个异步任务，计算 3 和 5 的乘积。combinedFuture使用thenCombine方法将sumFuture和productFuture的结果进行组合，生成一个包含和与乘积的字符串。- 最后通过
get()方法获取组合后的结果并打印。
4. thenCombine 的执行机制
当调用 thenCombine 方法时，会创建一个新的 CompletableFuture。这个新的 CompletableFuture 会在当前 CompletableFuture 和传入的 other CompletionStage 都完成时执行 BiFunction 函数。
具体执行流程如下：
- 当前
CompletableFuture和otherCompletionStage开始异步执行。 - 当其中一个任务完成时，它会等待另一个任务完成。
- 当两个任务都完成后，会将两个任务的结果作为参数传递给
BiFunction函数。 BiFunction函数执行并返回一个新的结果，这个结果会被设置到新创建的CompletableFuture中。
5. 处理异常情况
在实际应用中，异步任务可能会出现异常。thenCombine 方法也提供了相应的机制来处理异常。
5.1 异常处理示例
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class ThenCombineExceptionExample {
public static void main(String[] args) {
CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
if (Math.random() < 0.5) {
throw new RuntimeException("Task 1 failed");
}
return 10;
});
CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
if (Math.random() < 0.5) {
throw new RuntimeException("Task 2 failed");
}
return 20;
});
CompletableFuture<String> combinedFuture = future1.thenCombine(future2, (result1, result2) -> {
return "Result 1: " + result1 + ", Result 2: " + result2;
}).exceptionally(ex -> {
System.out.println("An error occurred: " + ex.getMessage());
return "Error";
});
try {
System.out.println(combinedFuture.get());
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
在上述代码中：
future1和future2两个异步任务都有可能抛出异常。- 通过在
thenCombine方法后调用exceptionally方法，我们可以捕获并处理可能出现的异常。如果任何一个任务抛出异常，exceptionally中的代码块会被执行，返回一个错误信息。
6. 与其他 CompletableFuture 方法的结合使用
6.1 thenApply 与 thenCombine 的结合
thenApply 方法用于对 CompletableFuture 的结果进行转换。我们可以先使用 thenApply 对单个任务的结果进行转换，然后再使用 thenCombine 进行结果组合。
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class ThenApplyThenCombineExample {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 5);
CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 3);
CompletableFuture<Integer> squaredFuture1 = future1.thenApply(i -> i * i);
CompletableFuture<Integer> squaredFuture2 = future2.thenApply(i -> i * i);
CompletableFuture<Integer> combinedFuture = squaredFuture1.thenCombine(squaredFuture2, (square1, square2) -> square1 + square2);
System.out.println(combinedFuture.get());
}
}
在这个例子中：
future1和future2分别返回 5 和 3。squaredFuture1和squaredFuture2使用thenApply方法将future1和future2的结果平方。- 最后，
combinedFuture使用thenCombine方法将两个平方后的结果相加。
6.2 thenAcceptBoth 与 thenCombine 的对比
thenAcceptBoth 方法与 thenCombine 方法类似，也是用于组合两个 CompletableFuture 的结果。但 thenAcceptBoth 方法不会返回新的结果，而是执行一个 BiConsumer 操作。
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class ThenAcceptBothVsThenCombine {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 10);
CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 20);
CompletableFuture<Void> acceptBothFuture = future1.thenAcceptBoth(future2, (result1, result2) -> {
System.out.println("Result 1: " + result1 + ", Result 2: " + result2);
});
CompletableFuture<String> thenCombineFuture = future1.thenCombine(future2, (result1, result2) -> {
return "Result 1: " + result1 + ", Result 2: " + result2;
});
acceptBothFuture.get();
System.out.println(thenCombineFuture.get());
}
}
在上述代码中：
acceptBothFuture使用thenAcceptBoth方法，只是打印两个任务的结果，不返回新的结果。thenCombineFuture使用thenCombine方法，返回一个包含两个任务结果的字符串。
7. 在实际项目中的应用场景
7.1 微服务间数据聚合
在微服务架构中，可能会有多个微服务分别提供不同的数据。例如，一个微服务提供用户的基本信息，另一个微服务提供用户的订单信息。我们可以使用 CompletableFuture 的 thenCombine 方法来异步获取这两个微服务的数据，并将它们组合起来。
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 orderId;
public Order(String orderId) {
this.orderId = orderId;
}
public String getOrderId() {
return orderId;
}
}
class UserService {
public CompletableFuture<User> getUser() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> new User("John"));
}
}
class OrderService {
public CompletableFuture<Order> getOrder() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> new Order("12345"));
}
}
public class MicroserviceAggregationExample {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
UserService userService = new UserService();
OrderService orderService = new OrderService();
CompletableFuture<String> combinedFuture = userService.getUser().thenCombine(orderService.getOrder(), (user, order) -> {
return "User: " + user.getName() + ", Order: " + order.getOrderId();
});
System.out.println(combinedFuture.get());
}
}
在这个例子中：
UserService和OrderService分别模拟获取用户信息和订单信息的微服务。- 通过
thenCombine方法将两个微服务返回的结果组合成一个包含用户和订单信息的字符串。
7.2 复杂计算结果的合并
在一些科学计算或数据分析场景中，可能需要进行多个独立的复杂计算，然后将这些计算结果合并。例如，在图像处理中，一个任务可能计算图像的亮度，另一个任务可能计算图像的对比度，最后需要将这两个结果合并以调整图像的整体效果。
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class ImageProcessingExample {
public static CompletableFuture<Double> calculateBrightness() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟复杂的亮度计算
return 0.5;
});
}
public static CompletableFuture<Double> calculateContrast() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
// 模拟复杂的对比度计算
return 1.2;
});
}
public static CompletableFuture<Double> adjustImage() {
return calculateBrightness().thenCombine(calculateContrast(), (brightness, contrast) -> {
// 根据亮度和对比度调整图像的公式
return brightness * contrast;
});
}
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
System.out.println(adjustImage().get());
}
}
在上述代码中：
calculateBrightness和calculateContrast方法分别模拟计算图像亮度和对比度的异步任务。adjustImage方法使用thenCombine将亮度和对比度的计算结果合并，得到调整图像的最终参数。
8. 性能优化与注意事项
8.1 线程池的合理使用
当使用 CompletableFuture 进行异步任务时，合理使用线程池可以提高性能。默认情况下，CompletableFuture 使用 ForkJoinPool.commonPool() 来执行异步任务。然而，在一些高并发场景下，这个公共线程池可能会出现线程饥饿等问题。
我们可以创建自己的线程池来执行 CompletableFuture 任务。例如：
import java.util.concurrent.*;
public class CustomThreadPoolExample {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 5, executorService);
CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 3, executorService);
CompletableFuture<Integer> combinedFuture = future1.thenCombine(future2, (a, b) -> a + b, executorService);
combinedFuture.thenAccept(System.out::println).join();
executorService.shutdown();
}
}
在上述代码中，我们创建了一个固定大小为10的线程池 executorService，并将其作为参数传递给 supplyAsync 和 thenCombine 方法，确保任务在我们自定义的线程池中执行。
8.2 避免阻塞
虽然 CompletableFuture 提供了 get() 方法来获取异步任务的结果，但这个方法会阻塞当前线程直到任务完成。在实际应用中，应尽量避免在主线程或关键路径上使用 get() 方法，以免影响系统的响应性。
可以使用 thenApply、thenAccept 等非阻塞方法来处理异步任务的结果。例如：
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
public class AvoidBlockingExample {
public static void main(String[] args) {
CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 10);
future.thenApply(result -> result * 2).thenAccept(System.out::println);
}
}
在这个例子中，我们通过 thenApply 和 thenAccept 方法对异步任务的结果进行处理，而不是使用 get() 方法阻塞主线程。
8.3 内存管理
由于 CompletableFuture 涉及到异步任务和结果的存储，在高并发场景下可能会导致内存消耗增加。应注意及时释放不再使用的 CompletableFuture 对象，避免内存泄漏。
例如，在使用完 CompletableFuture 后，可以通过调用 complete 方法或让其正常完成来释放相关资源。
9. 深入探究 thenCombine 的实现原理
CompletableFuture 的 thenCombine 方法的实现依赖于Java的并发包中的一些底层机制。
9.1 依赖的内部类和接口
CompletableFuture 内部有一些关键的内部类和接口，如 UniApply、BiApply 等。thenCombine 方法创建的新 CompletableFuture 会关联一个 BiApply 实例。
static final class BiApply<T, U, V> extends BiCompletion<T, U, V> {
final BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn;
BiApply(CompletableFuture<T> a, CompletableFuture<U> b, BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn) {
super(a, b);
this.fn = fn;
}
public void accept(T t, U u) {
CompletableFuture<V> d = dep;
if (d!= null) {
try {
d.complete(fn.apply(t, u));
} catch (Throwable ex) {
d.completeExceptionally(ex);
}
}
}
}
在 BiApply 类中：
fn是thenCombine方法传入的BiFunction。accept方法在两个依赖的CompletableFuture都完成时被调用，它会执行BiFunction并将结果设置到新的CompletableFuture中。
9.2 状态管理
CompletableFuture 使用一个 int 类型的变量 state 来管理任务的状态，包括未完成、正常完成、异常完成等。在 thenCombine 方法的执行过程中，会根据依赖的 CompletableFuture 的状态变化来决定新 CompletableFuture 的状态。
例如，当其中一个依赖的 CompletableFuture 出现异常时，新的 CompletableFuture 也会进入异常完成状态。
9.3 线程安全机制
CompletableFuture 通过使用 Unsafe 类的一些原子操作来保证线程安全。例如，在设置任务结果和状态时，会使用 Unsafe 的 compareAndSwapObject 和 compareAndSwapInt 等方法，确保多线程环境下的操作原子性。
10. 总结与拓展
通过对 CompletableFuture 的 thenCombine 方法的深入探讨，我们了解了其基本概念、使用方法、执行机制、异常处理、与其他方法的结合、应用场景、性能优化以及实现原理等方面。
thenCombine 方法为我们在异步编程中组合多个异步任务的结果提供了强大的功能。在实际项目中，合理运用 thenCombine 以及 CompletableFuture 的其他方法，可以显著提高系统的并发性能和响应能力。
同时，随着Java并发编程的不断发展，CompletableFuture 也在不断演进和完善。开发者可以持续关注Java官方文档和相关技术资料，以了解更多关于 CompletableFuture 的新特性和优化方向，进一步提升异步编程的能力。在复杂的分布式系统和大数据处理场景中，CompletableFuture 的高级应用将发挥更大的作用，帮助我们构建高效、稳定的应用程序。
希望通过本文的介绍，读者能够对 Java CompletableFuture thenCombine 组合结果的实现方式有全面而深入的理解，并能在实际编程中灵活运用。