用 CompletableFuture 处理异步超时

一天,我在改进多线程代码时被Future.get()卡住了。

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

这是用Java写的一个Akka应用程序,使用了一个包含1000个线程的线程池(原来如此!)——所有的线程都在阻塞在这个 get() 中。系统的处理速度跟不上并发请求的数量。重构以后,我们干掉了所有的这些线程仅保留了一个,极大的减少了内存的占用。我们简单一点,通过一个Java 8的例子来演示。第一步是使用CompletableFuture来替换简单的Future(见:Tip 9)。

  • 通过控制任务提交到ExecutorService的方式:只需用 CompletableFuture.supplyAsync(…, executorService) 来代替 executorService.submit(…) 即可
  • 处理基于回调函数的API:使用promises

否则(如果你已经使用了阻塞式的API或 Future<T>)会导致很多线程被阻塞。这就是为什么现在这么多异步的API都让人很烦了。所以,让我们重写之前的代码来接收CompletableFuture:

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

很明显,这不能解决任何问题,我们还必须利用新的风格来编程:

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

这个功能上是等同的,但是 serve() 只会运行一小段时间(不会阻塞或等待)。只需要记住:this::send 将会在完成 responseFuture 的同一个线程内执行。如果你不想花费太大的代价来重载已经存在的线程池或send()方法,可以考虑通过 thenAcceptAsync(this::send, sendPool) 好极了,但是我们失去了两个重要属性:异常传播与超时。异常传播很难实现,因为我们改变了API。当serve()存在的时候,异步操作可能还没有完成。如果你关心异常,可以考虑返回 responseFutureor 或者其他可选的机制。至少,应该有异常的日志,否则该异常就会被吞噬了。

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

请小心上面的代码:exceptionally() 试图从失败中恢复过来,返回一个可选的结果。这个地方虽可以正常的工作,但是如果对 exceptionally()和withthenAccept() 使用链式调用,即使失败了也还是会调用 send() 方法,返回一个null参数,或者任何其它从 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

丢失一秒超时的问题非常巧妙。我们原始的代码在Future完成之前最多等待(阻塞)1秒,否则就会抛出 TimeoutException。我们丢失了这个功能,更糟糕的是,单元测试超时的不是很方便,经常会跳过这个环节。为了维持超时机制,而又不破坏事件驱动的原则,我们需要建立一个额外的模块:一个在给定时间后必定会失败的 Future。

public static <T> CompletableFuture<T> failAfter(Duration duration) {
    final CompletableFuture<T> 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());

这个很简单:我们创建一个promise(没有后台任务或线程池的 Future),然后在给定的 java.time.Duration 之后会抛出 TimeoutException 异常。如果在某个地方调用 get() 获取这个 Future,阻塞的时间到达这个指定的时间后会抛出 TimeoutException。

实际上,它是一个包装了 TimeoutException 的 ExecutionException,这个无需多说。注意,我使用了固定一个线程的线程池。这不仅仅是为了教学的目的:这是“1个线程应当能满足任何人的需求”的场景。failAfter() 本身没多大的用处,但是如果和 ourresponseFuture 一起使用,我们就能解决这个问题了。

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

这里还做了很多其他事情。在后台的任务接收 responseFuture 时,我们也创建了一个“合成”的 oneSecondTimeout future,这在成功的时候永远不会执行,但是在1秒后就会导致任务失败。现在我们联合这两个叫做 acceptEither,这个操作将执行先完成 Future 的代码块,而简单的忽略 responseFuture 或 oneSecondTimeout 中运行比较慢的那个。如果 asyncCode() 代码在1秒内执行完成,this::send 就会被调用,而 oneSecondTimeout 异常就不会抛出。但是,如果 asyncCode() 执行真的很慢,oneSecondTimeout 异常就先抛出。由于一个异常导致任务失败,exceptionallyerror 处理器就会被调用,而不是 this::send 方法。你可以选择执行 send() 或者 exceptionally,但是不能两个都执行。当如,如果我们有两个“普通”的 Future 正常执行完成了,则最先响应的那个将调用 send() 方法,后面的就会被丢弃。

这个不是最清晰的解决方案。更清晰的方案是包装原始的 Future,然后保证它能在给定的时间内执行。这种操作对 com.twitter.util.Future 是可行的(Scala叫做 within()),但是 scala.concurrent.Future 中没有这个功能(据推测是为了鼓励使用前面的方式)。我们暂时不讨论Scala背后如何执行的,先实现类似 CompletableFuture 的操作。它接受一个 Future 作为输入,然后返回一个 Future,这个 Future 在后台任务完成时候执行完成。但是,如果底层的 Future 执行的时间太长,就或抛出异常:

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

这引导我们实现最终的、清晰的、灵活的方法:

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

希望你喜欢这篇文章,因为你已经知道在Java里,实现响应式编程不再是什么问题。

原文链接: JavaCodeGeeks 翻译: ImportNew.com - paddx
译文链接: http://www.importnew.com/16149.html
[ 转载请保留原文出处、译者和译文链接。]



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