新的CompletableFuture API：灵活处理异步操作

# 1. 异步编程简介

## 1.1 传统的异步编程模型

在传统的编程模型中，我们通常会使用线程来处理异步任务。例如，在执行一个需要耗时的操作时，我们可以创建一个新的线程来处理这个任务，让主线程等待任务完成后再继续执行。

然而，传统的异步编程模型存在一些问题。首先，手动管理多个线程之间的并发性可能会很困难，容易导致线程安全问题。此外，使用线程池管理线程也会带来一定的资源开销。而且，线程的创建和销毁也需要一定的时间。

## 1.2 CompletableFuture的出现和意义

为了解决传统异步编程模型的问题，Java 8引入了CompletableFuture类，它提供了一种更为灵活和高效的异步编程方式。

CompletableFuture是一个实现了Future接口的实现类，它结合了回调函数、异步执行和链式操作的功能。通过使用CompletableFuture，我们可以更方便地处理异步任务的执行和结果处理。

CompletableFuture的出现为我们开发异步应用程序提供了更多的选择，能够更好地利用计算资源，提高代码的性能和可维护性。

## 2. CompletableFuture基础知识

CompletableFuture是Java中用于处理异步任务的类，它提供了一套灵活而强大的API来完成异步编程。本章将介绍CompletableFuture的基础知识，包括它的概念、特性以及如何构建和使用CompletableFuture对象。

### 2.1 CompletableFuture的概念和特性

CompletableFuture是一个实现了CompletionStage接口的类，它表示一个可能尚未完成的异步任务，并且可以根据任务的完成状态执行一些操作。CompletableFuture具有以下几个重要的特性：

- 异步任务的执行状态：CompletableFuture可以表示三种执行状态，即未完成、已完成和已取消。当异步任务完成后，可以通过isDone()方法来判断任务是否已完成。
- 异步任务的结果和异常：CompletableFuture可以保存异步任务的计算结果或者异常信息。通过get()方法可以获取任务的结果，如果任务尚未完成，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成。而通过complete()方法可以手动完成一个任务，并设置任务的结果。
- 异步任务的回调函数：CompletableFuture支持添加回调函数，用于在任务完成时执行一些操作。回调函数可以通过thenApply()、thenAccept()和thenRun()等方法进行定义和添加。这些回调函数会在任务完成后异步执行，而不会阻塞当前线程。

### 2.2 构建CompletableFuture对象

构建CompletableFuture对象可以通过CompletableFuture类的静态方法来完成。下面是一些常用的构建CompletableFuture对象的方法：

- CompletableFuture.supplyAsync(Supplier)：使用指定的Supplier对象生成一个CompletableFuture对象。Supplier对象的get()方法会在异步执行中被调用，并返回任务的结果。
- CompletableFuture.runAsync(Runnable)：使用指定的Runnable对象生成一个CompletableFuture对象。Runnable对象的run()方法会在异步执行中被调用，并不返回任何结果。
- CompletableFuture.completedFuture(T)：创建一个已经完成的CompletableFuture对象，并指定对象的结果值。

### 2.3 异步任务的执行和等待

一旦构建了CompletableFuture对象，就可以开始执行异步任务并等待任务的完成。CompletableFuture对象提供了多个方法来执行和等待异步任务。

- CompletableFuture<T> thenApply(Function<? super T,? extends U>)：在任务完成后，将任务的结果作为参数传递给指定的Function对象，并返回一个新的CompletableFuture对象来表示转换后的结果。
- CompletableFuture<Void> thenAccept(Consumer<? super T>)：在任务完成后，对任务的结果执行指定的Consumer操作，没有返回值。
- CompletableFuture<Void> thenRun(Runnable)：在任务完成后，执行指定的Runnable操作，没有返回值。
- T join()：等待任务的完成并返回任务的结果，如果任务被取消或者执行过程中出现异常，则会抛出相应的异常。

下面是一个简单的示例代码，演示如何构建和执行CompletableFuture对象：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class CompletableFutureExample {

    public static void main(String[] args) {
        CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            // 执行异步任务
            return "Hello, CompletableFuture!";
        });

        // 异步任务完成后，输出结果
        future.thenAccept(result -> System.out.println(result));

        // 等待任务的完成
        String result = future.join();
        System.out.println("Task result: " + result);
    }
}

代码解析：
首先，使用CompletableFuture.supplyAsync()方法创建了一个CompletableFuture对象，并指定了一个Supplier对象来执行异步任务。然后，通过调用thenAccept()方法添加了一个回调函数，该回调函数会在任务完成后被异步执行，并打印任务的结果。最后，使用future.join()方法等待任务的完成，并获取任务的结果。运行以上代码，将输出"Hello, CompletableFuture!"和"Task result: Hello, CompletableFuture!"。

### 3. CompletableFuture的灵活性

CompletableFuture为我们提供了丰富的方法来处理异步任务，使得我们可以灵活地处理任务的串行执行、并行执行以及组合和链式操作。在本章节中，我们将详细讨论CompletableFuture的灵活性。

#### 3.1 异步任务的串行执行

CompletableFuture可以通过`thenCompose()`方法实现异步任务的串行执行。通过该方法，我们可以将前一个任务的结果传递给下一个任务，并以此类推，形成一条任务链。

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 第一个异步任务
    return "Hello";
});

CompletableFuture<String> future2 = future1.thenCompose(result -> {
    // 第二个异步任务，使用第一个任务的结果进行处理
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> result + " World");
});

CompletableFuture<Void> future3 = future2.thenAccept(result -> {
    // 第三个异步任务，处理最终的结果
    System.out.println(result);
});

future3.join();

在上述代码中，首先我们创建了一个异步任务`future1`，它返回了字符串`Hello`。然后，我们调用`thenCompose()`方法，传入一个函数，该函数根据前一个任务的结果进行