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Java中使用CompletableFuture處理異步超時

一天，我在改進多線程代碼時被Future.get()卡住了。

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public void serve() throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
  final Future responseFuture = asyncCode();
  final Response response = responseFuture.get(1, SECONDS);
  send(response);
}
private void send(Response response) {
  //...
}

這是用Java寫的一個Akka應(yīng)用程序，使用了一個包含1000個線程的線程池（原來如此！）——所有的線程都在阻塞在這個 get() 中。系統(tǒng)的處理速度跟不上并發(fā)請求的數(shù)量。重構(gòu)以后，我們干掉了所有的這些線程僅保留了一個，極大的減少了內(nèi)存的占用。我們簡單一點，通過一個Java 8的例子來演示。***步是使用CompletableFuture來替換簡單的Future（見：Tip 9）。

通過控制任務(wù)提交到ExecutorService的方式：只需用 CompletableFuture.supplyAsync(…, executorService) 來代替 executorService.submit(…) 即可
處理基于回調(diào)函數(shù)的API：使用promises

否則（如果你已經(jīng)使用了阻塞式的API或 Future）會導(dǎo)致很多線程被阻塞。這就是為什么現(xiàn)在這么多異步的API都讓人很煩了。所以，讓我們重寫之前的代碼來接收CompletableFuture：

public void serve() throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
    final CompletableFuture responseFuture = asyncCode();
    final Response response = responseFuture.get(1, SECONDS);
    send(response);
}

很明顯，這不能解決任何問題，我們還必須利用新的風格來編程：

public void serve() {
    final CompletableFuture responseFuture = asyncCode();
    responseFuture.thenAccept(this::send);
}

這個功能上是等同的，但是 serve() 只會運行一小段時間（不會阻塞或等待）。只需要記?。簍his::send 將會在完成 responseFuture 的同一個線程內(nèi)執(zhí)行。如果你不想花費太大的代價來重載已經(jīng)存在的線程池或send()方法，可以考慮通過 thenAcceptAsync(this::send, sendPool) 好極了，但是我們失去了兩個重要屬性：異常傳播與超時。異常傳播很難實現(xiàn)，因為我們改變了API。當serve()存在的時候，異步操作可能還沒有完成。如果你關(guān)心異常，可以考慮返回 responseFutureor 或者其他可選的機制。至少，應(yīng)該有異常的日志，否則該異常就會被吞噬了。

final CompletableFuture responseFuture = asyncCode();
responseFuture.exceptionally(throwable -> {
    log.error("Unrecoverable error", throwable);
    return null;
});

請小心上面的代碼：exceptionally() 試圖從失敗中恢復(fù)過來，返回一個可選的結(jié)果。這個地方雖可以正常的工作，但是如果對 exceptionally()和withthenAccept() 使用鏈式調(diào)用，即使失敗了也還是會調(diào)用 send() 方法，返回一個null參數(shù)，或者任何其它從 exceptionally() 方法中返回的值。

responseFuture
    .exceptionally(throwable -> {
        log.error("Unrecoverable error", throwable);
        return null;
    })
    .thenAccept(this::send);  //probably not what you think

丟失一秒超時的問題非常巧妙。我們原始的代碼在Future完成之前最多等待（阻塞）1秒，否則就會拋出 TimeoutException。我們丟失了這個功能，更糟糕的是，單元測試超時的不是很方便，經(jīng)常會跳過這個環(huán)節(jié)。為了維持超時機制，而又不破壞事件驅(qū)動的原則，我們需要建立一個額外的模塊：一個在給定時間后必定會失敗的 Future。

public static  CompletableFuture failAfter(Duration duration) {
    final CompletableFuture promise = new CompletableFuture<>();
    scheduler.schedule(() -> {
        final TimeoutException ex = new TimeoutException("Timeout after " + duration);
        return promise.completeExceptionally(ex);
    }, duration.toMillis(), MILLISECONDS);
    return promise;
}

private static final ScheduledExecutorService scheduler =
        Executors.newScheduledThreadPool(
                1,
                new ThreadFactoryBuilder()
                        .setDaemon(true)
                        .setNameFormat("failAfter-%d")
                        .build());

這個很簡單：我們創(chuàng)建一個promise（沒有后臺任務(wù)或線程池的 Future），然后在給定的 java.time.Duration 之后會拋出 TimeoutException 異常。如果在某個地方調(diào)用 get() 獲取這個 Future，阻塞的時間到達這個指定的時間后會拋出 TimeoutException。

實際上，它是一個包裝了 TimeoutException 的 ExecutionException，這個無需多說。注意，我使用了固定一個線程的線程池。這不僅僅是為了教學的目的：這是“1個線程應(yīng)當能滿足任何人的需求”的場景。failAfter() 本身沒多大的用處，但是如果和 ourresponseFuture 一起使用，我們就能解決這個問題了。

final CompletableFuture responseFuture = asyncCode();
final CompletableFuture oneSecondTimeout = failAfter(Duration.ofSeconds(1));
responseFuture
        .acceptEither(oneSecondTimeout, this::send)
        .exceptionally(throwable -> {
            log.error("Problem", throwable);
            return null;
        });

這里還做了很多其他事情。在后臺的任務(wù)接收 responseFuture 時，我們也創(chuàng)建了一個“合成”的 oneSecondTimeout future，這在成功的時候永遠不會執(zhí)行，但是在1秒后就會導(dǎo)致任務(wù)失敗。現(xiàn)在我們聯(lián)合這兩個叫做 acceptEither，這個操作將執(zhí)行先完成 Future 的代碼塊，而簡單的忽略 responseFuture 或 oneSecondTimeout 中運行比較慢的那個。如果 asyncCode() 代碼在1秒內(nèi)執(zhí)行完成，this::send 就會被調(diào)用，而 oneSecondTimeout 異常就不會拋出。但是，如果 asyncCode() 執(zhí)行真的很慢，oneSecondTimeout 異常就先拋出。由于一個異常導(dǎo)致任務(wù)失敗，exceptionallyerror 處理器就會被調(diào)用，而不是 this::send 方法。你可以選擇執(zhí)行 send() 或者 exceptionally，但是不能兩個都執(zhí)行。當如，如果我們有兩個“普通”的 Future 正常執(zhí)行完成了，則***響應(yīng)的那個將調(diào)用 send() 方法，后面的就會被丟棄。

這個不是最清晰的解決方案。更清晰的方案是包裝原始的 Future，然后保證它能在給定的時間內(nèi)執(zhí)行。這種操作對 com.twitter.util.Future 是可行的（Scala叫做 within()），但是 scala.concurrent.Future 中沒有這個功能（據(jù)推測是為了鼓勵使用前面的方式）。我們暫時不討論Scala背后如何執(zhí)行的，先實現(xiàn)類似 CompletableFuture 的操作。它接受一個 Future 作為輸入，然后返回一個 Future，這個 Future 在后臺任務(wù)完成時候執(zhí)行完成。但是，如果底層的 Future 執(zhí)行的時間太長，就或拋出異常：

public static  CompletableFuture within(CompletableFuture future, Duration duration) {
    final CompletableFuture timeout = failAfter(duration);
    return future.applyToEither(timeout, Function.identity());
}

這引導(dǎo)我們實現(xiàn)最終的、清晰的、靈活的方法：

final CompletableFuture responseFuture = within(
        asyncCode(), Duration.ofSeconds(1));
responseFuture
        .thenAccept(this::send)
        .exceptionally(throwable -> {
            log.error("Unrecoverable error", throwable);
            return null;
        });

希望你喜歡這篇文章，因為你已經(jīng)知道在Java里，實現(xiàn)響應(yīng)式編程不再是什么問題。

名稱欄目：Java中使用CompletableFuture處理異步超時
網(wǎng)頁地址：http://www.dlmjj.cn/article/dhgohdc.html

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