자바의 CompletableFuture 란?

들어가면서

Java 5에서 도입된 Future 인터페이스는 비동기 계산의 결과를 수월하게 처리할 수 있게 되었지만, 몇가지 한계점이 있었다

• Future의 get() 메서드를 호출할 때, 작업이 완료될때까지 블록킹된다
• 여러 Future를 조합하거나 예외를 처리하는것이 복잡하다
• 비동기 작업의 실패를 알리는 콜백 메커니즘이 부족하다

이러한 Future의 한계점을 극복하고자 나온 것이 CompletableFuture 이다

CompletableFuture 란?

• Java 8에 도입된 표준 라이브러리의 클래스
• 비동기 프로그래밍을 위한 강력한 도구
• 기존 Future 보다 더 편리하고 효율적인 방식으로 비동기 계산을 처리하는 방법을 제공하는 클래스
• 동시 및 확장 가능한 코드를 작성하기 위한 강력한 도구이며 스트림 및 람다와 같은 다른 Java 8 기능과 함께 사용되는 경우가 많다

CompletableFuture의 특징

CompletableFuture는 Future보다 더 유연하고 강력한 비동기 프로그래밍을 지원한다

• 조합 및 체이닝 : 여러 개의 CompletableFuture를 조합하거나 체이닝하여 복잡한 비동기 작업을 쉽게 처리할 수 있다
• 예외 처리 : 작업 중 발생한 예외를 처리하거나 기본값을 제공하는 등의 유연한 예외 처리가 가능하다
• 콜백 등록 : 콜백을 등록하여 작업이 완료되었을 때 특정 동작을 수행할 수 있으며 이를 통해 비동기 작업의 완료를 감지하고 그에 따른 동작을 정의할 수 있다
• Custom Executor 지원 : Custom Executor를 사용하여 성능을 향상시킬 수 있으며 특정 상황에 맞는 실행자를 제공하여 작업을 처리할 수 있다
• CompletionStage 구현 : CompletionStage를 구현하여 비동기 작업의 완료 여부를 기다리거나, 작업의 결과에 따라 다양한 동작을 수행할 수 있다
• 명시적인 Executor 없이 사용하는 경우 ForkJoinPool.commonPool()을 사용한다
  • 선택적으로 Executor를 지정하여 실행할 스레드를 제어할 수 있다

CompletableFuture의 주요 메서드

생성 및 실행

• runAsync(Runnable runnable) / runAsync(Runnable runnable, Executor executor)
  • 비동기적으로 Runnable 작업을 실행한다
  • runAsync는 반환값이 없는 작업에 사용된다
• supplyAsync(Supplier<U> supplier) / supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)
  • 결과를 반환하는 비동기 작업을 실행한다
  • Supplier 인터페이스를 통해 값을 반환한다
  • Executor를 사용하여 작업이 실행될 스레드를 지정할 수 있다

블록 및 넌블록 방식의 결과 가져오기

• get() / get(long timeout, TimeUnit unit)
  • 작업의 결과를 가져온다
  • get()은 결과가 준비될 때까지 블록한다
  • 타임아웃을 지정할 수 있다
• join()
  • get()과 유사하지만, 예외를 RuntimeException으로 감싸 반환한다
• getNow(T valueIfAbsent)
  • 작업이 완료되지 않았을 때 기본값을 반환한다

결과 처리

• thenApply(Function<? super T,? extends U> fn) / thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn)
  • 작업이 완료된 후, 결과를 다른 값으로 반환한다
  • Function 인터페이스를 사용하여 현재 값에서 새로운 값을 도출한다
  • thenApplyAsync는 비동기적으로 실행된다
• thenAccept(Consumer<? super T> action) / thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action)
  • 반환값이 없는 동작을 결과에 대해 실행한다
  • Consumer 인터페이스를 통해 받은 값을 처리한다
  • thenAcceptAsync는 비동기적으로 실행된다
• thenRun(Runnable action) / thenRunAsync(Runnable action)
  • 작업의 결과에 관계없이, 특정 동작을 실행한다
  • Runnable을 사용하여 코드 블록을 실행한다
  • thenRunAsync는 비동기적으로 실행된다

오류 처리

• exceptionally(Function<Throwable, ? extends T> fn)
  • 작업 실행 중 발생한 예외를 처리한다
  • Function 인터페이스를 사용하여 예외에 대한 회복 로직을 제공한다

조합

• thenCombine(CompletionStage<? extends U> other, BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn) / thenCombineAsync(...)
  • 두 개의 CompletableFuture를 조합하고, 두 결과에 대한 작업을 실행한다
  • BiFunction을 통해 두 결과를 받아 새로운 결과를 생성한다
• thenCompose(Function<? super T, ? extends CompletionStage<U>> fn) / thenComposeAsync(...)
  • 현재 작업의 결과를 사용하여 새 CompletableFuture를 생성한다
  • 첫 번째 작업의 결과를 두 번째 작업의 입력으로 사용한다

작업 완료

• complete(T value)
  • 수동으로 CompletableFuture를 특정 값으로 완료한다
  • 이미 완료된 경우 아무 작업도 수행하지 않는다
• completeExceptionally(Throwable ex)
  • CompletableFuture를 예외로 완료한다
  • 작업이 예외로 인해 실패한 것으로 처리된다

CompletableFuture의 주요 메서드 예시 코드

생성 및 실행

• runAsync(Runnable runnable) 예시

CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
    System.out.println("Asynchronous task running");
});

비동기적으로 실행될 작업을 정의하고 실행한다

• supplyAsync(Supplier<U> supplier) 예시

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    return "Result of the asynchronous computation";
});

비동기 작업을 수행하고 결과를 반환한다

블록 및 넌블록 방식의 결과 가져오기

• get() 예시

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");
try {
    String result = future.get();
    System.out.println(result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
}

작업의 완료를 기다린 후 결과를 반환한다

• join() 예시

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");
String result = future.join();

get()과 유사하지만, Unchecked 예외를 던진다

• getNow(T valueIfAbsent) 예시

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");
String result = future.getNow("Default Value");

결과가 준비되지 않았을 때 기본값을 반환한다

결과 처리

• thenApply(Function<? super T,? extends U> fn) 예시

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
    .supplyAsync(() -> 123)
    .thenApply(result -> "Value: " + result);

System.out.println(future.get());

비동기 작업의 결과에 함수를 적용한다

• thenAccept(Consumer<? super T> action) 예시

CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture
    .supplyAsync(() -> "Hello")
    .thenAccept(result -> System.out.println("Result: " + result));

비동기 작업의 결과를 소비한다

• thenRun(Runnable action) 예시

CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture
    .supplyAsync(() -> "Hello")
    .thenRun(() -> System.out.println("All tasks completed"));

비동기 작업이 완료된 후 추가 작업을 실행한다

오류 처리

• exceptionally(Function<Throwable, ? extends T> fn) 예시

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
    .supplyAsync(() -> {
        if (Math.random() > 0.5) {
            throw new RuntimeException("Exception occurred");
        }
        return "Success";
    })
    .exceptionally(ex -> "Error: " + ex.getMessage());

System.out.println(future.get());

비동기 작업 중 오류가 발생했을 때 대체 결과를 제공한다

조합

• thenCombine(CompletionStage<? extends U> other, BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn) 예시

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "World");
CompletableFuture<String> result = future1.thenCombine(future2, (s1, s2) -> s1 + " " + s2);

System.out.println(result.get());

두 개의 비동기 작업 결과를 결합한다

• thenCompose(Function<? super T, ? extends CompletionStage<U>> fn) 예시

CompletableFuture<String> future = CompletableFuture
    .supplyAsync(() -> "Hello")
    .thenCompose(s -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> s + " World"));

첫 번째 작업의 결과를 사용하여 두 번째 비동기 작업을 시작한다

작업 완료

• complete(T value) 예시

CompletableFuture<String> future = new CompletableFuture<>();
future.complete("Manual result");

System.out.println(future.get());

CompletableFuture에 수동으로 결과를 설정한다

• completeExceptionally(Throwable ex) 예시

CompletableFuture<String> future = new CompletableFuture<>();
future.completeExceptionally(new RuntimeException("Failure"));

try {
    String result = future.get();
    System.out.println(result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
}

CompletableFuture에 예외를 수동으로 설정한다