Java で CompletableFuture 関数を使用して非同期プログラミングを行う方法-＆＃＆チュートリアル-php.cn

現在のコンピュータシステムがますます複雑かつ大規模になるにつれて、同時実行パフォーマンスは実際的な問題を解決するために必要なツールとなっています。従来の同期プログラミング手法では複雑なシステムのニーズを満たすことができなくなり、非同期プログラミングは現代のプログラマーにとって高性能プログラムを開発するための重要なツールとなっています。 Java 8 で導入された CompletableFuture は、非同期プログラミングの強力なメカニズムであり、非同期プログラミングの複雑さを大幅に簡素化し、コードの可読性と保守性を向上させることができます。この記事では、CompletableFuture の基本概念、非同期タスクの構築と使用、および非同期タスクの結果の処理方法について詳しく説明します。

CompletableFuture 概要

CompletableFuture は、Future インターフェースを実装したクラスで、非同期操作を表現したり操作結果を処理したりするための Java 8 で提供される新しい非同期プログラミングツールです。 Future インターフェイスとは異なり、CompletableFuture は、非同期操作の結果をより適切に表現するためのより強力なツールを提供します。 CompletableFuture クラスは、RxJava フレームワークの Observable や Android の AsyncTask と同様に、ストリーミング非同期操作チェーンを形成するための複数の非同期操作のチェーンをサポートします。

CompletableFuture を使用すると、開発者はスレッド化やロックの詳細を多く考慮することなく、非同期プログラミングロジックを簡単に構築できます。 CompletableFuture の使用法も非常にシンプルかつ明確で、非同期プログラミングの実装方法が変わり、コールバックベースの非同期プログラミングの欠陥が軽減され、コードの可読性と保守性が向上します。

基本的な使用法

CompletableFuture の基本的な使用法は、非同期操作チェーンを構築することです。thenApplyAsync、thenComposeAsync、thenCombineAsync、および thenAcceptAsync メソッドを使用して、非同期操作をリンクできます。 thenApplyAsync メソッドは、ファンクター (関数) を別の非同期結果に適用して新しい非同期タスクを作成するために使用され、thenComposeAsync メソッドは、非同期操作の結果を別の非同期タスクにマップしてリンクするために使用され、thenCombineAsync メソッドは結合に使用されます。 2 つの非同期操作の結果を取得し、新しい非同期操作を作成します。非同期結果を使用するには、thenAcceptAsync メソッドが使用されます。

次は、基本的な非同期プログラミングパターンを示す簡単な例です。

// 异步执行任务1
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");

// 异步执行任务2，并在任务1完成之后执行
CompletableFuture<String> future2 = future1.thenApplyAsync(result -> result + " World");

// 等待任务2执行完成，并处理结果
future2.thenAcceptAsync(result -> System.out.println(result));

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このコードは、CompletableFuture を使用して、非同期操作チェーンを形成するためのシンプルで強力な非同期プログラミングモデルを構築する方法を示しています。まず、supplyAsync メソッドを使用してタスク 1 を非同期に実行します。このメソッドは同期タスクを非同期タスクに変換します。次に、thenApplyAsync メソッドを使用して、タスク 1 の結果 (「Hello」) を文字列「World」と連結し、結果のマップを表す新しい文字列オブジェクトを構築します。最後に、thenAcceptAsync メソッドを使用して結果を処理し、出力します。この例は非常に単純ですが、CompletableFuture の基本機能、特にチェーンプログラミングと非同期プログラミングの機能を示しています。

非同期操作の 3 つの状態

CompletableFuture には次の 3 つの状態があります。

Uncompleted (未完了): CompletableFuture はまだ使用できません。関連する結果を設定します。たとえば、非同期タスクの実行が開始されていない、非同期タスクが進行中である、または非同期タスクが実行されているが完了していません。
Completed Exceptionally: CompletableFuture で実行時に例外が発生したため、操作が完了しませんでした。例外の種類は、completeExceptionally メソッドを呼び出して設定された例外の種類によって決まります。
Completed (正常に完了) : CompletableFuture が完了し、結果が正常に返されました。結果の型は、complete または completeAsync メソッドの呼び出しによって渡されるパラメーターの型によって決まります。

CompletableFuture オブジェクトには完了状態または例外状態が 1 つだけあり、未完了状態から最終状態に遷移します。 isDone メソッドを使用して、CompletableFuture が完了したかどうかを確認できます。例: future.isDone()。

CompletableFuture のメソッドをさらに詳しく調べる

CompletableFuture には、非同期タスクの実行を遅延させ、その結果を処理するためのメソッドが多数用意されています。主な CompletableFuture メソッドの一部を次に示します:

Runnable 包装器：runAsync 和 supplyAsync 是 CompletableFuture 运行异步任务的最简单的方式。
转换函数：我们可以通过使用 thenApply 方法来将一个异步操作的结果转化为另一个异步操作的参数。这也被称为异步映射。同样，使用 thenAccept 方法将一个异步结果作为消耗者。
Bi Function：thenCombine 方法将两个 CompletableFuture 对象组合在一起，同时为它们提供一个组合函数。
异常处理：当 Future 对象抛出异常时，我们可以使用 exceptionally 方法指定如何处理异常。另外，使用 handle 方法还可以处理正常的结果和异常的情况。
组合多个结果：使用 allOf 和 anyOf 方法处理多个异步操作的结果。其中 allOf 则等待所有异步操作完成，而 anyOf 仅需等待其中任意一个异步操作完成。

案例演示

我们来看一个更加复杂的例子，该例子将涉及到 CompletableFuture 的多种使用模式：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;

public class CompletableFutureDemo {

   public static void main(String args[]) throws InterruptedException, ExecutionException {

      // 创建异步任务1
      CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 2 + 3);

      // 创建异步任务2
      CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 3 * 4);

      // 组合异步任务1和异步任务2，使用BiFunction对象作为组合函数
      CompletableFuture<Integer> future3 = future1.thenCombineAsync(future2, (result1, result2) -> result1 * result2);

      // 创建异步任务3
      CompletableFuture<Integer> future4 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 2 + 7);

      // 组合异步任务1和异步任务3，使用Function类型的函数
      CompletableFuture<Integer> future5 = future1.thenComposeAsync(result -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> result + 5));

      // 组合异步任务1、异步任务2和异步任务3，使用组合函数，返回类型为Void
      CompletableFuture<Void> future6 = CompletableFuture.allOf(future1, future2, future4).thenAcceptAsync((Void) -> {
         try {
            System.out.println("The result of future1 is: " + future1.get());
            System.out.println("The result of future2 is: " + future2.get());
            System.out.println("The result of future4 is: " + future4.get());
         } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
         }
      });

      // 等待所有异步任务执行完毕
      CompletableFuture.allOf(future3, future5, future6).join();
   }
}

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这段代码展示了 CompletableFutures 几种常用方法：suplyAsync、thenCombineAsync、thenComposeAsync和acceptAsync、allOf、isDone、join、get 和其他一些方法。我们首先定义了三个不同的 CompletableFuture 对象，根据不同的函数来完成，然后使用 thenCombineAsync 方法将这两个对象组合成一个对象。我们还使用 thenComposeAsync 构建了另一个异步结果，从这两个对象中获取了一些信息。最后，我们使用 allOf 方法来组合三个异步事件并在这三个异步操作完成后将它们组合在一个 Void 异步操作中，并使用 thenAcceptAsync 接受它们的值并将其打印到控制台上。

异步编程实践

异步编程是一项复杂的任务，有很多复杂性，需要更多的时间和经验来正确地完成。我们需要明确异步编程的目的，并准确掌握 CompletableFuture 机制，才能写出简洁、精简、易维护的代码。

异步编程的另一个好处是提高应用程序的性能和吞吐量，因为我们可以为多个 CPU 核心优化和并发运行任务。然而，它也有一定的成本，包括更复杂的代码、需要加锁的数据结构和其他潜在的性能问题。但是，使用 CompletableFuture 进行异步编程，可以使代码更具可读性和可维护性，并减少程序员编写出还原异步操作的代码的负担。异步编程虽然存在挑战，但对于开发高性能应用程序至关重要。

结论

这篇文章介绍了 CompletableFuture 和其在 Java 异步编程中的应用。CompletableFuture 类是一种强大的异步编程工具，可以帮助开发人员优雅地解决异步问题。虽然异步编程有一定的复杂性，但是通过理解 CompletableFuture 的基础和高级特性，我们可以优化代码并提高我们应用程序的性能。

总结起来，CompletableFuture 是 Java 8 提供的一种强大的异步编程工具，可用于解决异步操作的问题。CompletableFuture 可以通过链式编程来组成异步操作链，在提高效率的同时也为程序提供了更加优雅的代码实现方案。尽管异步编程带来了一些复杂性，需要开发人员在编写代码时更加小心，但当正确地使用 CompletableFuture 时，它可以帮助我们轻松地实现高效率、可维护和高质量的代码。

以上がJava で CompletableFuture 関数を使用して非同期プログラミングを行う方法の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。