CompletionStage 接口详解

Java CompletionStage 接口详解

CompletionStage 是 Java 并发编程中用于表示异步计算阶段的接口，通常与 CompletableFuture 结合使用。它允许定义多个依赖阶段，当前一阶段完成时触发后续操作，支持链式异步任务编排。

1. 调用示例

CompletableFuture 是 CompletableFuture 的实现，如下代码是 CompletableFuture 方法的典型调用示例。

示例代码

CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 10);

future
    .thenApplyAsync(x -> x * 2)        // 异步转换：20
    .thenCombine(CompletableFuture.supplyAsync(() -> 5), (a, b) -> a + b) // 合并结果：25
    .thenAccept(result -> System.out.println("Result: " + result)) // 消费结果
    .exceptionally(ex -> {
        System.err.println("Error: " + ex.getMessage());
        return null;
    });

示例代码的流程图

sequenceDiagram participant A as supplyAsync(10) participant B as thenApplyAsync(x*2) participant C as supplyAsync(5) participant D as thenCombine(a+b) participant E as thenAccept(print) participant F as exceptionally A->>B: 触发异步计算 (10 → 20) par 并行执行 B-->>D: 结果20 C-->>D: 结果5 end D->>E: 合并结果25 E->>E: 若无异常，结束 Note over E,F: 若异常，跳转至 exceptionally 处理

2. 核心原理

CompletionStage 阶段的处理逻辑可通过如下形式定义：

Function：接收输入并返回结果，对应方法如 thenApply()。
```
stage.thenApply(x -> x * 2); // 对结果进行计算
```
Consumer：接收输入但不返回结果，对应方法如 thenAccept()。
```
stage.thenAccept(x -> System.out.println(x)); // 消费结果
```
Runnable：不接收输入也不返回结果，对应方法如 thenRun()。
```
stage.thenRun(() -> System.out.println("Done")); // 执行操作
```
Compose：通过 thenCompose() 将阶段的结果转换为另一个阶段，避免嵌套。
```
stage.thenCompose(x -> createNewStage(x)); // 将结果展平为新阶段
```

阶段处理方法的表格对比

方法类型	功能描述	输入参数	返回值	示例方法
转换（Function）	处理结果并返回新值	T → R	R	`thenApply()`, `thenCompose()`
消费（Consumer）	处理结果但不返回	T → void	void	`thenAccept()`
动作（Runnable）	无输入无输出的操作	void	void	`thenRun()`
合并（Compose）	合并两个阶段的结果	T,U → V	V	`thenCombine()`
异常处理	处理正常/异常结果	(T, Throwable)	-	`whenComplete()`, `handle()`

CompletionStage 核心流程示意图

3. 触发条件

阶段的触发方式取决于前置阶段的完成情况：

单个阶段完成：使用 then 前缀方法，如 thenApply()。

两个阶段均完成：合并结果，如 thenCombine()。

stage1.thenCombine(stage2, (x, y) -> x + y); // 合并两个结果

任一阶段完成：使用 applyToEither() 等方法，结果不确定。
```
stage1.applyToEither(stage2, x -> x); // 取最先完成的结果
```

4. 执行方式

支持三种执行模式：

默认执行：由触发阶段的线程同步执行。
异步执行：通过 async 后缀方法（如 thenApplyAsync()）提交到默认线程池（如 ForkJoinPool）。

自定义执行器：显式指定 Executor，控制线程管理。

stage.thenApplyAsync(x -> x * 2, customExecutor); // 使用自定义线程池

5. 异常处理

CompletionStage 的异常处理像一个「管道中的错误传递」——如果不主动处理，异常会一直传递到链的末端；而通过 handle/exceptionally 可以像「阀门」一样截断异常，替换为正常值继续流动。

whenComplete()：无论正常或异常完成，均执行操作，但保留原结果。

stage.whenComplete((result, ex) -> {
    if (ex != null) System.out.println("Error: " + ex);
});

handle()：可处理异常并返回替代结果，影响后续阶段。

stage.handle((result, ex) -> ex != null ? 0 : result); // 异常时返回默认值

异常传播：若阶段抛出异常，所有依赖它的阶段将以 CompletionException 包装异常完成。依赖多个阶段时，异常来源可能不确定。

异常处理方法表格对比

方法	作用	是否改变结果	示例
whenComplete	记录日志，但保留原结果/异常	❌ 不改变	`stage.whenComplete((res, ex) -> log(ex))`
handle	处理异常并返回替代结果	✔️ 改变	`stage.handle((res, ex) -> ex != null ? 0 : res)`
exceptionally	仅处理异常，返回默认值	✔️ 改变	`stage.exceptionally(ex -> 0)`

6. 注意事项

参数限制：除结果参数可为 null 外，其他参数非空，否则抛出 NullPointerException。
顺序不保证：依赖关系仅控制触发时机，不保证执行顺序。
实现扩展：接口本身不提供创建或强制完成方法，需通过实现类（如 CompletableFuture）实现。

示例：链式调用与异常处理

CompletableFuture.supplyAsync(() -> fetchData())
    .thenApply(data -> process(data))
    .exceptionally(ex -> handleError(ex))
    .thenAccept(result -> save(result));

此链式调用中，supplyAsync 异步获取数据，thenApply 处理结果，exceptionally 处理异常并返回默认值，最后 thenAccept 保存结果。

总结

本文解释了 CompletionStage 的链式触发机制、异步执行策略及异常处理逻辑。其核心是通过函数式编程模型，将复杂的异步任务拆解为多个可组合的阶段，适合构建高并发、低延迟的应用。

posted @ 2025-03-25 23:41 皮皮是个不挑食的好孩子阅读(117) 评论(0) 收藏举报

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