1. 简介
Java 8 引入了基于 Future 的新抽象——CompletableFuture 类，主要用于执行异步任务。它的出现是为了解决传统 Future API 的各种痛点。
本文将深入探讨在使用 CompletableFuture 时处理异常的几种方式。
2. CompletableFuture 快速回顾
先简单回顾 CompletableFuture 的核心概念：它是 Future 的实现类，支持执行和链式调用异步操作。异步任务通常有三种完成状态：
- ✅ 正常完成
- ❌ 异常完成
- ⚠️ 被外部取消
CompletableFuture 提供了丰富的 API 方法应对这些场景。与其他方法类似，异常处理方法也提供同步、异步和指定线程池的异步版本。下面我们逐一分析异常处理方案。
3. handle() 方法
handle() 方法允许我们访问并转换整个 CompletionStage 的结果，无论成功还是失败。它接受一个 BiFunction函数式接口，包含两个参数：
- 前一阶段的结果
- 可能发生的
Exception
⚠️ 关键点：**这两个参数都可能为 null**（正常完成时异常为 null，异常完成时结果为 null）。
示例代码：
@ParameterizedTest
@MethodSource("parametersSource_handle")
void whenCompletableFutureIsScheduled_thenHandleStageIsAlwaysInvoked(int radius, long expected)
throws ExecutionException, InterruptedException {
long actual = CompletableFuture
.supplyAsync(() -> {
if (radius <= 0) {
throw new IllegalArgumentException("Supplied with non-positive radius '%d'");
}
return Math.round(Math.pow(radius, 2) * Math.PI);
})
.handle((result, ex) -> {
if (ex == null) {
return result;
} else {
return -1L;
}
})
.get();
Assertions.assertThat(actual).isEqualTo(expected);
}
static Stream<Arguments> parameterSource_handle() {
return Stream.of(Arguments.of(1, 3), Arguments.of(1, -1));
}
核心特点：handle() 总是会执行，返回新的 CompletionStage，并通过 get() 获取其转换后的结果。
4. exceptionally() 方法
当只需要处理异常场景时，handle() 显得不够灵活。此时可用 exceptionally()——仅在前一阶段异常完成时执行回调。若无异常，则跳过回调继续执行后续链。
示例代码：
@ParameterizedTest
@MethodSource("parametersSource_exceptionally")
void whenCompletableFutureIsScheduled_thenExceptionallyExecutedOnlyOnFailure(int a, int b, int c, long expected)
throws ExecutionException, InterruptedException {
long actual = CompletableFuture
.supplyAsync(() -> {
if (a <= 0 || b <= 0 || c <= 0) {
throw new IllegalArgumentException(String.format("Supplied with incorrect edge length [%s]", List.of(a, b, c)));
}
return a * b * c;
})
.exceptionally((ex) -> -1)
.get();
Assertions.assertThat(actual).isEqualTo(expected);
}
static Stream<Arguments> parametersSource_exceptionally() {
return Stream.of(
Arguments.of(1, 5, 5, 25),
Arguments.of(-1, 10, 15, -1)
);
}
⚠️ 注意：若异常已被 handle() 捕获，后续的 exceptionally() 不会执行：
@ParameterizedTest
@MethodSource("parametersSource_exceptionally")
void givenCompletableFutureIsScheduled_whenHandleIsAlreadyPresent_thenExceptionallyIsNotExecuted(int a, int b, int c, long expected)
throws ExecutionException, InterruptedException {
long actual = CompletableFuture
.supplyAsync(() -> {
if (a <= 0 || b <= 0 || c <= 0) {
throw new IllegalArgumentException(String.format("Supplied with incorrect edge length [%s]", List.of(a, b, c)));
}
return a * b * c;
})
.handle((result, throwable) -> {
if (throwable != null) {
return -1;
}
return result;
})
.exceptionally((ex) -> {
System.exit(1); // 这行不会执行
return 0;
})
.get();
Assertions.assertThat(actual).isEqualTo(expected);
}
5. whenComplete() 方法
whenComplete() 接受 BiConsumer 参数（结果和异常），但与前两者有本质区别：它不会转换异常结果。即使回调总是执行，前一阶段的异常仍会继续传播。
示例代码：
@ParameterizedTest
@MethodSource("parametersSource_whenComplete")
void whenCompletableFutureIsScheduled_thenWhenCompletedExecutedAlways(Double a, long expected) {
try {
CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
long actual = CompletableFuture
.supplyAsync(() -> {
if (a.isNaN()) {
throw new IllegalArgumentException("Supplied value is NaN");
}
return Math.round(Math.pow(a, 2));
})
.whenComplete((result, exception) -> countDownLatch.countDown())
.get();
Assertions.assertThat(countDownLatch.await(20L, java.util.concurrent.TimeUnit.SECONDS));
Assertions.assertThat(actual).isEqualTo(expected);
} catch (Exception e) {
Assertions.assertThat(e.getClass()).isSameAs(ExecutionException.class);
Assertions.assertThat(e.getCause().getClass()).isSameAs(IllegalArgumentException.class);
}
}
static Stream<Arguments> parametersSource_whenComplete() {
return Stream.of(
Arguments.of(2d, 4),
Arguments.of(Double.NaN, 1)
);
}
关键现象：第二次测试中，whenComplete() 虽执行了，但 IllegalArgumentException 被包装成 ExecutionException 抛出。
6. 未处理异常
未捕获的异常会导致 CompletableFuture 以异常状态完成，但不会直接传播到调用方。前文示例中 get() 抛出 ExecutionException，是因为我们尝试获取异常完成的结果。
检查 CompletableFuture 状态的方法：
- ✅
isCompletedExceptionally()/isCancelled()/isDone()（布尔值） - ✅
state()（返回State枚举，如RUNNING/SUCCESS）
建议在调用 get() 前检查状态，避免踩坑。
7. 总结
本文系统分析了 CompletableFuture 中处理异常的三种核心方法：
handle()：万能型，总是执行并转换结果exceptionally()：异常专用，简洁高效whenComplete()：仅做副作用，不处理异常传播
完整源码见 GitHub 仓库