Java中CompletableFuture的thenApply与thenApplyAsync比较

Java 的 CompletableFuture 类提供了两种关键方法，thenApply 和 thenApplyAsync，用于处理异步计算的结果。虽然这两种方法的用途相同，但它们的细微差别可能会显著影响程序的性能和并发性。

本文探讨了 thenApply 和 thenApplyAsync 之间的区别，并根据应用程序的具体要求，提供何时使用每种方法的见解。

`thenApply` 和 `thenApplyAsync` 都是 Java 的 CompletableFuture 类中的方法，它们用于在计算结果可用时对其进行处理。然而，它们之间存在一些关键差异，这些差异可能会影响程序的性能和行为。

1.执行线程：
`thenApply` 和 `thenApplyAsync` 之间的主要区别在于它们执行的线程。

  • `thenApply` 在完成前一个 CompletableFuture 的同一线程上执行回调函数，
  • 而 `thenApplyAsync` 在从 ForkJoinPool.commonPool()（默认）或给定的 Executor 获取的不同线程上执行回调函数。

2.非阻塞：
`thenApplyAsync` 是非阻塞的。它可以将后续完成阶段卸载到其他线程，同时允许当前线程执行其他工作。这对于希望充分利用系统资源的高并发程序非常有用。

3.性能：

  • 当回调函数是长时间运行的任务时，涉及阻塞操作、I/O 操作或计算密集型任务时，`thenApplyAsync` 会更高效，因为它不会阻塞主线程。
  • 但是，如果任务很短且很快，`thenApply` 可能更可取，因为它避免了创建新任务并将其安排在不同线程上运行的开销。

场景案例
让我们考虑一个现实世界的场景：一个在线购物系统。
在这个系统中，当用户下订单时，会发生几个步骤：

  1. 订单详细信息保存在数据库中。
  2. 向用户发送电子邮件确认。
  3. 订单被送往仓库进行包装和发货。

每个步骤都可以用 CompletableFuture 来表示，并且可以使用thenApply或thenApplyAsync将它们链接在一起。

使用方法如下thenApply：

CompletableFuture.supplyAsync(() -> saveOrderToDatabase(order))
    .thenApply(orderId -> sendConfirmationEmail(orderId))
    .thenApply(emailSuccess -> sendOrderToWarehouse(order));


在这种情况下，每个步骤都将在同一线程上执行。
如果发送确认电子邮件（sendConfirmationEmail(orderId)）需要很长时间，就会阻塞线程直到发送完成，从而延迟发送订单到仓库（sendOrderToWarehouse(order)）操作。

使用thenApplyAsync：

CompletableFuture.supplyAsync(() -> saveOrderToDatabase(order))
    .thenApplyAsync(orderId -> sendConfirmationEmail(orderId))
    .thenApplyAsync(emailSuccess -> sendOrderToWarehouse(order));


在这种情况下，每个步骤都将在不同的线程中执行。如果发送确认电子邮件需要很长时间，则不会阻塞将订单保存到数据库的线程。相反，它会被卸载到一个单独的线程中，一旦订单被保存到数据库，就可以立即开始 sendOrderToWarehouse(order) 操作。

这是一个简化的示例，但它说明了 thenApplyAsync 的优势，在这种情况下，操作可能会长期运行，而你又想避免阻塞线程。

当调用 thenApply 和 thenApplyAsync 时，它们所链到的 CompletableFuture 是否完成？这就是两者区别所在，详解如下：

  • 在 thenApply 的情况下，如果 CompletableFuture 已经完成，那么如果调用线程尚未开始处理结果（即如果结果处理尚未开始），它将立即在调用线程上运行回调。如果回调是一个长期运行的操作，这可能会阻塞调用线程。
  • 无论 CompletableFuture 是否已经完成，thenApplyAsync 始终会在 ForkJoinPool（或提供的 Executor）之外的单独线程中运行回调。这样，即使回调是一个长期运行的操作，也能确保调用线程不会被阻塞。

总之：
因此，如果您有一个回调，该回调可能是长时间运行的操作，并且您不想冒险阻塞添加回调的线程，那么这thenApplyAsync将是有益的。它提供了更一致的异步行为，确保操作始终被转移到不同的线程。

thenApply ()方法在下列场景中特别有用：

  • 顺序转换：需要按顺序对 CompletableFuture 的结果进行转换。这可能涉及将数字结果转换为字符串或根据结果执行计算等任务。
  • 轻量级操作：它非常适合执行小型、快速的转换，不会对调用线程造成严重阻塞。示例包括将数字转换为字符串、根据结果执行计算或操作数据结构。

另一方面，thenApplyAsync()方法适用于以下情况：

  • 异步转换：当需要异步应用转换时，可能会利用多个线程进行并行执行。例如，在用户上传图像进行编辑的 Web 应用程序中，使用CompletableFuture进行异步转换有利于同时应用调整大小、滤镜和水印，从而提高处理效率和用户体验。
  • 阻塞操作：当转换函数涉及阻塞操作、I/O 操作或计算密集型任务时，thenApplyAsync()会变得有利。通过将此类计算卸载到单独的线程，有助于防止阻塞调用线程，从而确保更流畅的应用程序性能。

两者主要区别是背后线程机制：

  1. thenApply ()：执行行为与前一阶段相同的线程或来自执行器池的单独线程（如果在完成之前调用）将线程与执行器池分开
  2. thenApplyAsync：将线程与执行器池分开，会在默认 ForkJoinPool.commonPool()中重新开启新线程，再次利用 ForkJoin并发高性能。

在本文中，我们探讨了CompletableFuture框架中thenApply()和thenApplyAsync()方法之间的功能和差异。
thenApply()可能会阻塞线程，因此它适合轻量级转换或可以接受同步执行的场景。另一方面， thenApplyAsync()保证异步执行，因此它非常适合涉及潜在阻塞的操作或计算密集型任务，这些任务对响应性至关重要。