Java 동시성 프로그래밍 - CompletableFuture

Java CompletableFuture란?

CompletableFuture는 Java 8에서 도입된 비동기 프로그래밍 도구입니다. Future의 한계를 극복하고, 비동기 작업의 조합, 예외 처리, 콜백 등을 지원합니다.

언제 사용하나요?

• 여러 API를 동시에 호출하고 결과를 조합할 때


• 시간이 오래 걸리는 작업을 비동기로 처리할 때


• 복잡한 비동기 워크플로우 구현


• 타임아웃과 폴백 처리가 필요할 때

기본 사용법

// 비동기 작업 시작
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 오래 걸리는 작업
    return fetchDataFromAPI();
});

// 결과 대기 (블로킹)
String result = future.get();

// 타임아웃과 함께 대기
String result = future.get(5, TimeUnit.SECONDS);

// 완료 시 콜백 (논블로킹)
future.thenAccept(result -> System.out.println(result));

비동기 작업 체이닝

CompletableFuture.supplyAsync(() -> getUserId())
    .thenApply(userId -> fetchUser(userId))      // 변환
    .thenApply(user -> user.getEmail())          // 또 변환
    .thenAccept(email -> sendEmail(email))       // 소비
    .thenRun(() -> log.info("완료"));            // 후처리

// thenApply vs thenCompose
// thenApply: T -> U (값 변환)
// thenCompose: T -> CompletableFuture<U> (Future 평탄화)

여러 작업 조합

// 두 작업 모두 완료 후 조합
CompletableFuture<User> userFuture = fetchUserAsync(id);
CompletableFuture<List<Order>> ordersFuture = fetchOrdersAsync(id);

CompletableFuture<UserWithOrders> combined = 
    userFuture.thenCombine(ordersFuture, 
        (user, orders) -> new UserWithOrders(user, orders));

// 여러 작업 모두 완료 대기
CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(
    future1, future2, future3
);
allOf.join();  // 모두 완료될 때까지 대기

// 먼저 완료되는 작업 사용
CompletableFuture<String> fastest = CompletableFuture.anyOf(
    callApiA(), callApiB(), callApiC()
).thenApply(obj -> (String) obj);

예외 처리

CompletableFuture.supplyAsync(() -> riskyOperation())
    .exceptionally(ex -> {
        log.error("오류 발생", ex);
        return "기본값";  // 대체값 반환
    });

// handle: 성공/실패 모두 처리
CompletableFuture.supplyAsync(() -> riskyOperation())
    .handle((result, ex) -> {
        if (ex != null) {
            return "에러: " + ex.getMessage();
        }
        return "성공: " + result;
    });

// whenComplete: 결과 변경 없이 부수효과만
.whenComplete((result, ex) -> {
    if (ex != null) {
        log.error("실패", ex);
    } else {
        log.info("성공: {}", result);
    }
});

실전 예시: 여러 API 동시 호출

@Service
public class DashboardService {
    
    public DashboardData getDashboard(Long userId) {
        // 세 API를 동시에 호출
        CompletableFuture<UserInfo> userFuture = 
            CompletableFuture.supplyAsync(() -> userApi.getInfo(userId));
        
        CompletableFuture<List<Order>> ordersFuture = 
            CompletableFuture.supplyAsync(() -> orderApi.getRecent(userId));
        
        CompletableFuture<Integer> pointsFuture = 
            CompletableFuture.supplyAsync(() -> pointApi.getBalance(userId));
        
        // 모든 결과 조합
        return CompletableFuture.allOf(userFuture, ordersFuture, pointsFuture)
            .thenApply(v -> new DashboardData(
                userFuture.join(),
                ordersFuture.join(),
                pointsFuture.join()
            ))
            .orTimeout(5, TimeUnit.SECONDS)
            .exceptionally(ex -> DashboardData.empty())
            .join();
    }
}

커스텀 Executor 사용

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

CompletableFuture.supplyAsync(() -> heavyTask(), executor)
    .thenApplyAsync(result -> process(result), executor);

// Spring에서는 @Async와 함께 사용
@Async("taskExecutor")
public CompletableFuture<String> asyncMethod() {
    return CompletableFuture.completedFuture(result);
}

주의사항

• join()은 예외를 CompletionException으로 래핑


• get()은 checked exception 발생 (InterruptedException)


• ForkJoinPool.commonPool() 사용 시 스레드 부족 주의


• 완료되지 않은 Future는 메모리 누수 가능