1. 共同點(diǎn)

• 異步編程： 這三種機(jī)制都用于處理異步操作且预，即在不阻塞當(dāng)前線程的情況下執(zhí)行任務(wù)，并在任務(wù)完成后通知結(jié)果烙无。

• 結(jié)果獲确嫘场： 所有三種機(jī)制都提供獲取異步操作結(jié)果的方法，例如：

  • Future.get()
  • CompletionStage.toCompletableFuture().join()
  • CompletableFuture.join()

• 錯(cuò)誤處理： 所有三種機(jī)制都提供處理異步操作中發(fā)生的異常的方法截酷，例如：

  • Future.get() 可能會(huì)拋出異常涮拗。
  • CompletionStage.exceptionally() 和 CompletableFuture.exceptionally() 可以捕獲異常。

2. 優(yōu)勢(shì)

Future

• 簡(jiǎn)單易用： Future 是 Java 1.5 中引入的迂苛，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單三热，易于理解。
• 基礎(chǔ)機(jī)制： Future 是異步操作的核心三幻，其他的機(jī)制就漾，例如 CompletionStage 和 CompletableFuture 都是基于 Future 實(shí)現(xiàn)的。

CompletionStage

• 靈活的組合和處理： CompletionStage 提供了豐富的組合方法念搬，例如 thenApply抑堡、thenAccept、thenCompose 等锁蠕，可以方便地將多個(gè)異步操作進(jìn)行組合和處理夷野，以滿足復(fù)雜業(yè)務(wù)需求。
• 鏈?zhǔn)秸{(diào)用： CompletionStage 支持鏈?zhǔn)秸{(diào)用荣倾，可以將多個(gè)異步操作連接起來(lái)悯搔，形成一個(gè)完整的異步操作流程，簡(jiǎn)化代碼編寫(xiě)舌仍。

CompletableFuture

• 功能更豐富： CompletableFuture 提供了更加豐富的方法妒貌，除了 CompletionStage 接口中定義的方法之外，還提供了 complete铸豁、completeExceptionally灌曙、join 等方法，可以更加靈活地控制異步操作节芥。
• 高效： CompletableFuture 的實(shí)現(xiàn)更加高效在刺，因?yàn)樗褂昧艘恍﹥?yōu)化技術(shù)逆害，例如延遲初始化和緩存。

3. 示例代碼

3.1蚣驼、Future

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class FutureExample {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        Future<String> future = executor.submit(() -> {
            // 模擬耗時(shí)操作
            Thread.sleep(1000);
            return "Hello, Future!";
        });

        // 獲取結(jié)果
        String result = future.get();
        System.out.println("Result: " + result);

        executor.shutdown();
    }
}

3.2魄幕、CompletionStage

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class CompletionStageExample {

    public static void main(String[] args) {
        CompletionStage<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            // 模擬耗時(shí)操作
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "Hello, CompletionStage!";
        });

        future.thenApply(s -> s.toUpperCase())
                .thenAccept(System.out::println)
                .exceptionally(throwable -> {
                    System.err.println("Error occurred: " + throwable.getMessage());
                    return null;
                });
    }
}

進(jìn)階用法

3.3、颖杏、將兩個(gè) CompletionStage 的結(jié)果合并在一起
我們以一個(gè)常見(jiàn)的場(chǎng)景 — 網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求為例纯陨，來(lái)說(shuō)明 CompletionStage 的鏈?zhǔn)秸{(diào)用如何簡(jiǎn)化代碼：
場(chǎng)景描述:
假設(shè)你需要從兩個(gè)不同的 API 獲取數(shù)據(jù)，然后將這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并處理留储，最后將合并后的數(shù)據(jù)展示給用戶(hù)翼抠。
傳統(tǒng)方法:

// 使用傳統(tǒng)的回調(diào)方式
public void fetchAndProcessData() {
    // 第一個(gè) API 請(qǐng)求
    api1.fetch(new Callback<Data1>() {
        @Override
        public void onSuccess(Data1 data1) {
            // 第二個(gè) API 請(qǐng)求
            api2.fetch(new Callback<Data2>() {
                @Override
                public void onSuccess(Data2 data2) {
                    // 合并數(shù)據(jù)
                    ProcessedData processedData = processData(data1, data2);
                    // 展示結(jié)果
                    showResult(processedData);
                }

                @Override
                public void onFailure(Throwable throwable) {
                    // 處理錯(cuò)誤
                    handleError(throwable);
                }
            });
        }

        @Override
        public void onFailure(Throwable throwable) {
            // 處理錯(cuò)誤
            handleError(throwable);
        }
    });
}

使用 CompletionStage 的方法:

// 使用 CompletionStage 進(jìn)行鏈?zhǔn)秸{(diào)用
public void fetchAndProcessData() {
    CompletionStage<Data1> data1Future = api1.fetch();
    CompletionStage<Data2> data2Future = api2.fetch();

    data1Future.thenCombine(data2Future, this::processData) // 合并數(shù)據(jù)
        .thenAccept(this::showResult) // 展示結(jié)果
        .exceptionally(this::handleError); // 處理錯(cuò)誤
}

private ProcessedData processData(Data1 data1, Data2 data2) {
    // 合并數(shù)據(jù)邏輯
    // ... 
    return processedData;
}

private void showResult(ProcessedData processedData) {
    // 展示結(jié)果邏輯
    // ...
}

private Throwable handleError(Throwable throwable) {
    // 處理錯(cuò)誤邏輯
    // ...
    return throwable;
}

3.4、將 CompletionStage 的結(jié)果作為另一個(gè) CompletionStage 的輸入

示例:
假設(shè)我們有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)操作获讳，需要先獲取用戶(hù) ID阴颖，然后再根據(jù)用戶(hù) ID 獲取用戶(hù)信息。我們可以使用 CompletionStage 的 thenCompose 方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)操作：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.function.Function;

public class CompletionStageChain {

    public static void main(String[] args) {
        // Step 1: 獲取用戶(hù)信息
        CompletableFuture<String> user = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "用戶(hù)A";
        });

        // Step 2: 使用用戶(hù)信息獲取訂單列表
        Function<String, CompletableFuture<String>> getOrders = userStr -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "訂單列表：" + userStr + "的訂單信息";
        });

        // Step 3: 將用戶(hù)信息和訂單列表拼接在一起
        Function<String, String> joinUserAndOrders = orders -> "用戶(hù)信息:" + user.join() + "\n" + orders;

        // 將多個(gè) CompletionStage 連接起來(lái)
        user.thenCompose(getOrders) 
                .thenApply(joinUserAndOrders)
                .thenAccept(System.out::println)
                .exceptionally(throwable -> {
                    System.err.println("Error occurred: " + throwable.getMessage());
                    return null;
                });
    }
}

解釋:

• 在上面的示例中赔嚎，我們使用 thenApply 將 user 的結(jié)果作為 getOrders 函數(shù)的輸入膘盖，從而獲得 訂單列表。
• 接著尤误，我們使用 thenApply 將 訂單列表 作為 joinUserAndOrders 函數(shù)的輸入侠畔，從而將用戶(hù)信息和訂單列表拼接在一起。
• 最后损晤，我們使用 thenAccept 將最終結(jié)果輸出到控制臺(tái)软棺。

簡(jiǎn)化代碼

• 使用CompletionStage的鏈?zhǔn)秸{(diào)用，我們可以將多個(gè)異步操作連接起來(lái)尤勋，形成一個(gè)完整的流程喘落，代碼更加簡(jiǎn)潔易讀。
• 相比于手動(dòng)管理多個(gè) Future 對(duì)象最冰，CompletionStage 的鏈?zhǔn)秸{(diào)用可以更方便地處理異步操作的組合和處理瘦棋，提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。

4.執(zhí)行效率

細(xì)心者會(huì)發(fā)現(xiàn)暖哨，上面經(jīng)常用到CompletableFuture.supplyAsync 方法來(lái)開(kāi)始一個(gè)異步任務(wù)赌朋，也恰恰就是在supplyAsync中，會(huì)使用一個(gè)異步線程來(lái)執(zhí)行傳入的 Supplier 函數(shù)篇裁。但是沛慢，這個(gè)異步線程并非由 CompletableFuture 自己創(chuàng)建，而是來(lái)自于 Java 中的 ForkJoinPool达布。

image.png

image.png

ForkJoinPool

定義： ForkJoinPool 是 Java 提供的一個(gè)線程池团甲，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于執(zhí)行可分解為更小任務(wù)的并行任務(wù)。

工作原理： ForkJoinPool 使用了一種分治的思想黍聂，將一個(gè)任務(wù)分解為多個(gè)子任務(wù)躺苦，并使用多個(gè)線程并行執(zhí)行這些子任務(wù)身腻，最終將結(jié)果合并，實(shí)現(xiàn)高效的并行計(jì)算圾另。

使用場(chǎng)景： ForkJoinPool 適用于處理那些可以分解為更小任務(wù)的任務(wù)霸株，例如：

• 并行計(jì)算
• 海量數(shù)據(jù)處理
• 遞歸算法

CompletableFuture.supplyAsync 和 ForkJoinPool

CompletableFuture.supplyAsync 方法默認(rèn)使用 ForkJoinPool.commonPool() 來(lái)執(zhí)行異步任務(wù)。
ForkJoinPool.commonPool() 是一個(gè)共享的 ForkJoinPool集乔，它由所有使用 ForkJoinPool 的類(lèi)共享使用。
如果你需要更精細(xì)的控制坡椒，你也可以通過(guò) CompletableFuture.supplyAsync(supplier, executor) 方法指定一個(gè)自定義的線程池來(lái)執(zhí)行異步任務(wù)扰路。

5. 總結(jié)

• Future 是一個(gè)基礎(chǔ)的異步操作接口，簡(jiǎn)單易用倔叼。
• CompletionStage 提供了更加靈活的異步操作組合和處理方法汗唱，支持鏈?zhǔn)秸{(diào)用，簡(jiǎn)化代碼編寫(xiě)丈攒。
• CompletableFuture 在 CompletionStage 的基礎(chǔ)上提供了更豐富的功能哩罪，更方便的控制和操作，并且更加高效巡验。

根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的異步操作機(jī)制际插，可以有效提高程序的效率和可維護(hù)性。