Java异步任务

在 Java 中，异步编程是指在执行某个操作时，不会阻塞主线程，允许程序继续执行其他任务，直到操作完成后再处理结果。Java 提供了多种方法来实现异步编程，包括使用 Thread 类、ExecutorService 接口、CompletableFuture 类等。

1. 使用 `Thread` 类

最基本的方式是直接创建一个新的线程来执行任务。这种方式是手动管理线程的方式，比较简单，但在复杂的场景中可能导致资源浪费和线程管理困难。

public class ThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建新线程
        Thread thread = new Thread(() -> {
            // 异步执行任务
            try {
                Thread.sleep(2000);  // 模拟长时间任务
                System.out.println("Task completed in thread");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        
        thread.start();  // 启动线程
        
        // 主线程继续执行
        System.out.println("Main thread is not blocked");
    }
}

2. 使用 `ExecutorService`

ExecutorService 是一个更高级的线程池框架，用于管理和调度任务，它可以自动管理线程池中的线程，避免了手动创建和管理线程的麻烦。

使用 `ExecutorService` 执行异步任务:

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

public class ExecutorServiceExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个固定大小的线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        
        // 提交异步任务
        executorService.submit(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000);  // 模拟长时间任务
                System.out.println("Task completed in thread");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        
        // 主线程继续执行
        System.out.println("Main thread is not blocked");
        
        // 关闭线程池
        executorService.shutdown();
    }
}

3. 使用 `CompletableFuture`

CompletableFuture 是 Java 8 引入的一个强大的异步编程工具，它提供了更丰富的 API 来处理异步任务，支持链式调用、合并任务、处理异常等。

基本的 `CompletableFuture` 异步示例

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class CompletableFutureExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 异步执行任务
        CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000);  // 模拟长时间任务
                System.out.println("Task completed in async");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        
        // 主线程继续执行
        System.out.println("Main thread is not blocked");
        
        // 等待异步任务完成
        future.join();  // 阻塞直到异步任务完成
    }
}

使用 `CompletableFuture` 获取结果

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class CompletableFutureResultExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 异步计算结果
        CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000);  // 模拟长时间任务
                return 42;
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return 0;
        });
        
        // 主线程继续执行
        System.out.println("Main thread is not blocked");
        
        // 获取异步任务的结果
        future.thenAccept(result -> {
            System.out.println("The result is: " + result);
        });

        // 等待异步任务完成
        future.join();  // 阻塞直到异步任务完成
    }
}

链式调用

CompletableFuture 提供了链式调用的方式，可以在前一个任务完成后继续执行后续任务。

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class CompletableFutureChainingExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 异步任务链式调用
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return 2;  // 初始值
        })
        .thenApplyAsync(result -> {
            return result * 2;  // 第一个处理任务：乘以2
        })
        .thenApplyAsync(result -> {
            return result + 3;  // 第二个处理任务：加3
        })
        .thenAccept(result -> {
            System.out.println("Final result: " + result);  // 输出最终结果
        });

        // 主线程继续执行
        System.out.println("Main thread is not blocked");
        
        // 主线程阻塞，等待异步任务完成
        try {
            Thread.sleep(3000);  // 等待任务完成
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

4. 异常处理

CompletableFuture 还支持对异步任务的异常进行处理，使用 exceptionally 或 handle 方法来捕获并处理异常。

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class CompletableFutureExceptionHandlingExample {
    public static void main(String[] args) {
        CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            if (true) { // 模拟异常
                throw new RuntimeException("Something went wrong");
            }
            return 42;
        });

        future.exceptionally(ex -> {
            System.out.println("Exception occurred: " + ex.getMessage());
            return 0; // 异常处理后返回默认值
        });

        // 主线程阻塞，等待任务完成
        future.join();
    }
}

总结

Thread：基础的异步执行方式，手动管理线程，适用于简单的异步操作。
ExecutorService：线程池框架，自动管理线程，适合执行多个并发任务。
CompletableFuture：高级异步编程工具，支持任务链式调用、异常处理、合并多个异步任务，适用于复杂的异步操作。

CompletableFuture 是推荐的异步编程方式，因为它提供了强大的功能、流式API和对异步操作的更好控制。