哈喽，刷题小伙伴们！Day21咱们吃透了ThreadLocal的线程隔离机制，解决了线程内上下文传递和非线程安全工具类的复用问题。今天咱们进入并发进阶的又一核心考点——CompletableFuture！在实际开发中，异步任务的编排是高频需求（比如先调用用户接口，再调用订单接口，最后汇总结果），传统的Future接口功能薄弱，无法优雅实现任务的串行、并行与聚合，而CompletableFuture正是为解决这些痛点而生！今天咱们就从异步编程的痛点入手，拆解CompletableFuture的核心原理、常用API、任务编排技巧与实战场景，彻底掌握这个异步编程的“瑞士军刀”！
今日核心目标
理解传统Future的局限性，明确CompletableFuture的核心优势；掌握CompletableFuture的创建方式与核心API；掌握异常处理的正确姿势（避免异步任务“吞异常”）；明确CompletableFuture的使用场景与性能优化技巧。一、前置认知：异步编程的痛点与CompletableFuture的诞生
在Java中，异步任务的执行最早依赖Future+线程池实现，但Future存在三大致命痛点，无法满足复杂的任务编排需求：无法手动完成任务：Future的任务状态由线程池控制，开发者无法手动标记任务完成或失败；无回调机制：任务执行完成后，无法自动触发回调函数，只能通过get()方法阻塞获取结果，或轮询isDone()方法，效率极低；不支持任务编排：无法优雅实现多个Future的串行（A完成后执行B）、并行（A和B同时执行）、聚合（合并A和B的结果）操作。CompletableFuture实现了Future和CompletionStage接口，CompletionStage接口定义了任务编排的核心方法，让CompletableFuture具备以下能力：手动完成任务：支持complete()、completeExceptionally()手动标记任务成功或失败；异步回调机制：通过thenAccept()、whenComplete()等方法实现非阻塞回调；强大的任务编排：支持串行、并行、聚合等多种任务组合方式，满足复杂业务场景；完善的异常处理：提供exceptionally()、handle()等方法处理异步任务的异常，避免“吞异常”问题。二、基础用法：CompletableFuture的创建与核心API
CompletableFuture的使用分为两步：创建异步任务和处理任务结果。下面先介绍核心创建方式和常用API。CompletableFuture提供了多种静态方法创建异步任务，可分为“有返回值”和“无返回值”两类，推荐结合自定义线程池使用（避免使用默认的ForkJoinPool.commonPool()，防止资源竞争）。方法名 | 是否有返回值 | 核心说明 |
runAsync(Runnable runnable) | 无 | 执行Runnable任务，无返回值，使用默认线程池 |
runAsync(Runnable runnable, Executor executor) | 无 | 执行Runnable任务，无返回值，使用自定义线程池（推荐） |
supplyAsync(Supplier<U> supplier) | 有 | 执行Supplier任务，有返回值，使用默认线程池 |
supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor) | 有 | 执行Supplier任务，有返回值，使用自定义线程池（推荐） |
import java.util.concurrent.*;public class CompletableFutureBasicDemo { // 自定义线程池（推荐使用，避免默认线程池资源竞争） private static final ExecutorService CUSTOM_POOL = new ThreadPoolExecutor( 2, 4, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(10), Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() ); publicstaticvoidmain(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { // 1. 无返回值异步任务 CompletableFuture<Void> voidFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> { System.out.println("无返回值任务执行中，线程：" + Thread.currentThread().getName()); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }, CUSTOM_POOL); voidFuture.get(); // 阻塞获取结果（无返回值，仅等待任务完成） // 2. 有返回值异步任务 CompletableFuture<String> supplyFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("有返回值任务执行中，线程：" + Thread.currentThread().getName()); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "异步任务执行结果"; }, CUSTOM_POOL); String result = supplyFuture.get(); // 阻塞获取返回值 System.out.println("有返回值任务结果：" + result); // 关闭线程池 CUSTOM_POOL.shutdown(); }}
CompletableFuture的API众多，按功能可分为四类，掌握分类后更容易记忆和使用：结果处理类：thenAccept()（消费结果）、thenApply()（转换结果）、whenComplete()（处理结果和异常）；任务编排类：thenCompose()（串行任务）、thenCombine()（合并两个任务结果）、allOf()（等待所有任务完成）、anyOf()（等待任一任务完成）；异常处理类：exceptionally()（异常兜底）、handle()（处理结果+异常）；手动完成类：complete()（手动标记成功）、completeExceptionally()（手动标记失败）。三、核心实战：CompletableFuture任务编排三大模式
任务编排是CompletableFuture的核心能力，也是面试和实战的高频考点。下面讲解三种最常用的编排模式：串行、并行、聚合。场景：任务B依赖任务A的执行结果，需在A完成后执行。核心使用thenCompose()方法（避免嵌套Future，返回扁平化的CompletableFuture）。import java.util.concurrent.*;public class CompletableFutureSerialDemo { private static final ExecutorService CUSTOM_POOL = new ThreadPoolExecutor( 2, 4, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(10) ); // 模拟查询用户信息 private static CompletableFuture<String> queryUser(Long userId) { return CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("查询用户" + userId + "信息，线程：" + Thread.currentThread().getName()); return "用户" + userId + "信息"; }, CUSTOM_POOL); } // 模拟查询用户订单（依赖用户信息） private static CompletableFuture<String> queryOrder(String userInfo) { return CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("根据" + userInfo + "查询订单，线程：" + Thread.currentThread().getName()); return userInfo + "的订单列表"; }, CUSTOM_POOL); } public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { // 串行执行：queryUser → queryOrder CompletableFuture<String> finalResult = queryUser(1L) .thenCompose(userInfo -> queryOrder(userInfo)); System.out.println("最终结果：" + finalResult.get()); CUSTOM_POOL.shutdown(); }}
场景：任务A和任务B无依赖关系，可同时执行，最后合并结果。核心使用thenCombine()方法。import java.util.concurrent.*;public class CompletableFutureParallelDemo { private static final ExecutorService CUSTOM_POOL = new ThreadPoolExecutor( 2, 4, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(10) ); // 模拟查询商品信息 privatestatic CompletableFuture<String> queryProduct(Long productId) { return CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("查询商品" + productId + "信息，线程：" + Thread.currentThread().getName()); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "商品" + productId + "详情"; }, CUSTOM_POOL); } // 模拟查询商品库存 privatestatic CompletableFuture<Integer> queryStock(Long productId) { return CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("查询商品" + productId + "库存，线程：" + Thread.currentThread().getName()); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return 100; // 库存数量 }, CUSTOM_POOL); } publicstaticvoidmain(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { Long productId = 1001L; // 并行执行两个任务，合并结果 CompletableFuture<String> combineResult = queryProduct(productId) .thenCombine(queryStock(productId), (productInfo, stock) -> { return productInfo + "，库存：" + stock + "件"; }); System.out.println("合并结果：" + combineResult.get()); CUSTOM_POOL.shutdown(); }}
场景：需要等待多个异步任务全部完成，或任一任务完成。核心使用allOf()（等待所有）和anyOf()（等待任一）。适合批量任务处理（如批量查询多个用户信息），无返回值，需手动获取每个任务的结果。import java.util.ArrayList;import java.util.List;import java.util.concurrent.*;public class CompletableFutureAllOfDemo { private static final ExecutorService CUSTOM_POOL = new ThreadPoolExecutor( 2, 4, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(10) ); privatestatic CompletableFuture<String> queryUser(Long userId) { return CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("查询用户" + userId + "，线程：" + Thread.currentThread().getName()); return "用户" + userId + "信息"; }, CUSTOM_POOL); } publicstaticvoidmain(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { // 批量查询用户1、2、3的信息 List<CompletableFuture<String>> futureList = new ArrayList<>(); for (long i = 1; i <= 3; i++) { futureList.add(queryUser(i)); } // 等待所有任务完成 CompletableFuture<Void> allFuture = CompletableFuture.allOf( futureList.toArray(new CompletableFuture[0]) ); // 所有任务完成后，获取每个任务的结果 allFuture.get(); for (CompletableFuture<String> future : futureList) { System.out.println("任务结果：" + future.get()); } CUSTOM_POOL.shutdown(); }}
适合多源数据查询（如从多个缓存源查询数据，取最快的结果），返回第一个完成的任务结果。import java.util.concurrent.*;public class CompletableFutureAnyOfDemo { private static final ExecutorService CUSTOM_POOL = new ThreadPoolExecutor( 2, 4, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(10) ); // 模拟从缓存A查询 private static CompletableFuture<String> queryFromCacheA(String key) { return CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("从缓存A查询" + key + "，线程：" + Thread.currentThread().getName()); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(2); // 模拟慢查询 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "缓存A-" + key; }, CUSTOM_POOL); } // 模拟从缓存B查询 private static CompletableFuture<String> queryFromCacheB(String key) { return CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("从缓存B查询" + key + "，线程：" + Thread.currentThread().getName()); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟快查询 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "缓存B-" + key; }, CUSTOM_POOL); } public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { String key = "userId:100"; // 从两个缓存查询，取最快的结果 CompletableFuture<Object> anyFuture = CompletableFuture.anyOf( queryFromCacheA(key), queryFromCacheB(key) ); System.out.println("最快结果：" + anyFuture.get()); CUSTOM_POOL.shutdown(); }}
四、避坑指南：CompletableFuture异常处理的正确姿势
异步任务的异常若未正确处理，会导致“吞异常”问题（任务失败但无任何日志），排查难度极大。CompletableFuture提供了两种核心异常处理方式：当任务执行异常时，执行指定的函数，返回默认值，不影响后续任务执行。CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("任务执行中..."); int i = 1 / 0; // 模拟异常 return "正常结果";}, CUSTOM_POOL).exceptionally(e -> { System.out.println("任务执行异常：" + e.getMessage()); return "默认兜底结果"; // 异常时返回默认值});System.out.println("最终结果：" + future.get());
whenComplete()：任务完成后执行（无论成功或失败），无返回值；handle()：任务完成后执行（无论成功或失败），有返回值，可处理结果或异常。CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { System.out.println("任务执行中..."); return "正常结果";}, CUSTOM_POOL).whenComplete((result, e) -> { if (e != null) { System.out.println("任务异常：" + e.getMessage()); } else { System.out.println("任务成功，结果：" + result); }}).handle((result, e) -> { if (e != null) { return "异常处理后的结果"; } else { return result + "（处理后）"; }});System.out.println("最终结果：" + future.get());
五、性能优化与使用注意事项
务必使用自定义线程池：避免使用默认的ForkJoinPool.commonPool()，尤其是在IO密集型任务中，自定义线程池可更好地控制资源；避免过度异步：异步任务的创建和切换有一定开销，简单任务无需异步化；合理设置线程池参数：IO密集型任务（如网络请求、数据库操作）可设置较大的线程数（核心线程数=CPU核心数*2）；CPU密集型任务设置较小的线程数（核心线程数=CPU核心数）；及时关闭线程池：异步任务执行完毕后，调用shutdown()关闭线程池，避免资源泄漏；避免嵌套调用：串行任务优先使用thenCompose()，而非嵌套supplyAsync()，防止出现“Future嵌套”导致的代码可读性差问题。六、今日打卡
评论区留下你的答案：以下场景该如何使用CompletableFuture实现？✅场景：电商下单流程，需要依次执行：① 扣减库存 → ② 生成订单 → ③ 发送短信通知；同时，扣减库存和生成订单需要合并结果后再发送短信。请写出核心代码。文末预告
Day23预告：Day22咱们掌握了CompletableFuture的异步任务编排，明天咱们进入并发进阶的另一核心——Fork/Join框架！它是Java专为分治任务设计的并行计算框架，适合大数据量的分治处理（如海量数据排序、统计）。明天咱们拆解其核心原理、工作流程与实战案例，掌握并行计算的高效方案！
