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Java CompletableFuture如何實(shí)現(xiàn)超時功能

更新時間：2025年01月28日 09:04:46 作者：樺說編程

這篇文章主要為大家介紹了實(shí)現(xiàn)超時功能的基本思路以及CompletableFuture（之后簡稱CF）是如何通過代碼實(shí)現(xiàn)超時功能的,需要的小伙伴可以了解下

由于網(wǎng)絡(luò)波動或者連接節(jié)點(diǎn)下線等種種問題，對于大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)異步任務(wù)的執(zhí)行通常會進(jìn)行超時限制，在異步編程中是一個常見的問題。本文主要討論實(shí)現(xiàn)超時功能的基本思路以及CompletableFuture（之后簡稱CF）是如何通過代碼實(shí)現(xiàn)超時功能的。

基本思路

兩個任務(wù)，兩個線程：原有任務(wù)，超時任務(wù)
原有的任務(wù)正常執(zhí)行，寫入正常結(jié)果，原有任務(wù)執(zhí)行成功取消超時任務(wù)
超時時取消原有任務(wù)，寫入結(jié)果為超時異?；蛘吣J(rèn)值
競態(tài)條件下保證結(jié)果寫入的原子性和只寫一次

CompletableFuture 的實(shí)現(xiàn)

1. 基本實(shí)現(xiàn)流程

// JDK9新增的超時方法
public CompletableFuture<T> orTimeout(long timeout, TimeUnit unit) {
    if (unit == null)
        throw new NullPointerException();
    if (result == null)
        whenComplete(new Canceller(Delayer.delay(new Timeout(this),
                                                 timeout, unit)));
    return this;
}

// CF的內(nèi)部類
    static final class Timeout implements Runnable {
        final CompletableFuture<?> f;
        Timeout(CompletableFuture<?> f) { this.f = f; }
        public void run() {
            if (f != null && !f.isDone())
                f.completeExceptionally(new TimeoutException());
        }
    }

分析代碼得知，whenComplete方法添加了正常結(jié)束的回調(diào)，取消超時任務(wù)。

超時任務(wù)通過Delayer.delay創(chuàng)建，超時時執(zhí)行Timeout::run方法，即寫入結(jié)果為TimeoutException。

下面來看下Dalayer的具體實(shí)現(xiàn)：

/**
 * Singleton delay scheduler, used only for starting and
 * cancelling tasks.
 */
static final class Delayer {
    static ScheduledFuture<?> delay(Runnable command, long delay,
                                    TimeUnit unit) {
        return delayer.schedule(command, delay, unit);
    }

    static final class DaemonThreadFactory implements ThreadFactory {
        public Thread newThread(Runnable r) {
            Thread t = new Thread(r);
            // 守護(hù)線程，當(dāng)主線程關(guān)閉時，自身也關(guān)閉
            t.setDaemon(true);
            t.setName("CompletableFutureDelayScheduler");
            return t;
        }
    }

    static final ScheduledThreadPoolExecutor delayer;
    static {
        (delayer = new ScheduledThreadPoolExecutor(
            1, new DaemonThreadFactory())).
            setRemoveOnCancelPolicy(true);
    }
}

Delayer是一個單例對象，專門用于執(zhí)行延遲任務(wù)，減少了內(nèi)存占用。ScheduledThreadPoolExecutor 的配置為單線程，設(shè)置了removeOnCancelPolicy，表示取消延遲任務(wù)時，任務(wù)從延遲隊(duì)列刪除。這里的延遲隊(duì)列為默認(rèn)的執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)：

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                   ThreadFactory threadFactory) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
          DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
          new DelayedWorkQueue(), threadFactory);
}

ScheduledThreadPoolExecutor 底層使用延遲隊(duì)列DelayedWorkQueue，延遲隊(duì)列底層依賴于索引優(yōu)先隊(duì)列，刪除操作的時間復(fù)雜度為o(logn)。

下面來看下Canceller的具體實(shí)現(xiàn)：

static final class Canceller implements BiConsumer<Object, Throwable> {
    final Future<?> f;
    Canceller(Future<?> f) { this.f = f; }
    public void accept(Object ignore, Throwable ex) {
        if (f != null && !f.isDone())
            f.cancel(false);
    }
}

canceller實(shí)際上是一個回調(diào)函數(shù)，原有任務(wù)完成后觸發(fā)，會取消相關(guān)超時任務(wù)。

2. 靜態(tài)條件分析

下面是寫入CF的實(shí)現(xiàn)代碼片段：

				// 超時結(jié)束        
        if (f != null && !f.isDone())
            f.completeExceptionally(new TimeoutException());
        // 取消任務(wù)
        if (f != null && !f.isDone())
            f.cancel(false);
				// CF 原有任務(wù)的寫入不由orTimeout方法控制，以下為一個示例
						Thread.sleep(1000);
						f.complete(u);

對于CF的檢查實(shí)際上不能保證原子性，因?yàn)檫@種檢查-再計算的模式需要同步塊的保護(hù)，而CF底層并沒有這種實(shí)現(xiàn)。所以，if語句檢查任務(wù)未完成，之后執(zhí)行代碼時，任務(wù)可能已經(jīng)完成了。不過這種檢查也有一定的好處，因?yàn)镃F保證了結(jié)果寫入后，isDone方法必然為true，從而避免執(zhí)行不必要的代碼。

completeExceptionally 方法和 complete 方法可能同時執(zhí)行，CF 通過CAS操作保證了結(jié)果寫入的原子性。

// 異常結(jié)果實(shí)現(xiàn)
final boolean internalComplete(Object r) { // CAS from null to r
    return RESULT.compareAndSet(this, null, r);
}
// 正常結(jié)果實(shí)現(xiàn)
final boolean completeValue(T t) {
    return RESULT.compareAndSet(this, null, (t == null) ? NIL : t);
}

public boolean isDone() {
    return result != null;
}

3. 內(nèi)存泄露 bug

在 JDK21之前的CF實(shí)現(xiàn)中，存在內(nèi)存泄露的bug，具體描述詳見 https://bugs.openjdk.org/browse/JDK-8303742 ，目前筆者僅在JDK21 中發(fā)現(xiàn)代碼已修復(fù)（不考慮非LTS版本）。作為bug，后續(xù)發(fā)布的 JDK 子版本可能會修復(fù)這個問題。

這個bug在如下代碼中：

// 取消任務(wù)，JDK21之前的實(shí)現(xiàn)會檢查異常結(jié)果
if (ex == null && f != null && !f.isDone())
    f.cancel(false);

當(dāng)正常任務(wù)異常結(jié)束時，不會取消延遲隊(duì)列中的任務(wù)，最終會導(dǎo)致內(nèi)存泄露。若項(xiàng)目中存在多個長時間超時CF任務(wù)，內(nèi)存泄露的情況會更明顯。

public class LeakDemo {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            new CompletableFuture<>().orTimeout(1, TimeUnit.HOURS).completeExceptionally(new Exception());
        }
    }
}

執(zhí)行以上代碼會報OOM錯誤，你可以在自己的編程環(huán)境中進(jìn)行測試。

4. JDK8如何實(shí)現(xiàn)超時任務(wù)

JDK8中CompletableFuture并不支持超時任務(wù)，筆者推薦使用CFFU類庫，其是CF的增強(qiáng)類庫，支持在JDK8環(huán)境中使用高版本的功能。另一種方案使用 Guava 提供的 ListenableFuture。當(dāng)然你也可以參照J(rèn)DK21中的代碼自己實(shí)現(xiàn)。

到此這篇關(guān)于Java CompletableFuture如何實(shí)現(xiàn)超時功能的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java CompletableFuture超時內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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