简介
JDK 8 中 CompletableFuture 没有超时中断任务的能力。现有做法强依赖任务自身的超时实现。本文提出一种异步超时实现方案，解决上述问题。
前言
JDK 8 是一次重大的版本升级，新增了非常多的特性，其中之一便是 CompletableFuture。自此从 JDK 层面真正意义上的支持了基于事件的异步编程范式，弥补了 Future 的缺陷。
在我们的日常优化中，最常用手段便是多线程并行执行。这时候就会涉及到 CompletableFuture 的使用。
常见使用方式
下面举例一个常见场景。
假如我们有两个 RPC 远程调用服务，我们需要获取两个 RPC 的结果后，再进行后续逻辑处理。
public static void main(String[] args) {// 任务 A，耗时 2 秒int resultA = compute(1);// 任务 B，耗时 2 秒int resultB = compute(2);// 后续业务逻辑处理System.out.println(resultA + resultB);}
public static void main(String[] args) {// 仅简单举例，在生产代码中可别这么写！// 统计耗时的函数time(() -> {CompletableFuture<Integer> result = Stream.of(1, 2)// 创建异步任务.map(x -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> compute(x), executor))// 聚合.reduce(CompletableFuture.completedFuture(0), (x, y) -> x.thenCombineAsync(y, Integer::sum, executor));// 等待结果try {System.out.println("结果：" + result.get());} catch (ExecutionException | InterruptedException e) {System.err.println("任务执行异常");}});}输出：[async-1]: 任务执行开始：1[async-2]: 任务执行开始：2[async-1]: 任务执行完成：1[async-2]: 任务执行完成：2结果：3耗时：2 秒
存在的问题
分析
看上去 CompletableFuture 现有功能可以满足我们诉求。但当我们引入一些现实常见情况时，一些潜在的不足便暴露出来了。
compute(x) 如果是一个根据入参查询用户某类型优惠券列表的任务，我们需要查询两种优惠券并组合在一起返回给上游。假如上游要求我们 2 秒内处理完毕并返回结果，但 compute(x) 耗时却在 0.5 秒 ~ 无穷大波动。这时候我们就需要把耗时过长的 compute(x) 任务结果放弃，仅处理在指定时间内完成的任务，尽可能保证服务可用。
那么以上代码的耗时由耗时最长的服务决定，无法满足现有诉求。通常我们会使用 get(long timeout, TimeUnit unit) 来指定获取结果的超时时间，并且我们会给 compute(x) 设置一个超时时间，达到后自动抛异常来中断任务。
public static void main(String[] args) {// 仅简单举例，在生产代码中可别这么写！// 统计耗时的函数time(() -> {List<CompletableFuture<Integer>> result = Stream.of(1, 2)// 创建异步任务，compute(x) 超时抛出异常.map(x -> CompletableFuture.supplyAsync(() -> compute(x), executor)).toList();// 等待结果int res = 0;for (CompletableFuture<Integer> future : result) {try {res += future.get(2, SECONDS);} catch (ExecutionException | InterruptedException | TimeoutException e) {System.err.println("任务执行异常或超时");}}System.out.println("结果：" + res);});}输出：[]: 任务执行开始：2[]: 任务执行开始：1[]: 任务执行完成：1任务执行异常或超时结果：1耗时：2 秒
可以看到，只要我们能够给 compute(x) 设置一个超时时间将任务中断，结合 get、getNow 等获取结果的方式，就可以很好地管理整体耗时。
那么问题也就转变成了，如何给任务设置异步超时时间呢？
现有做法
当异步任务是一个 RPC 请求时，我们可以设置一个 JSF 超时，以达到异步超时效果。
当请求是一个 R2M 请求时，我们也可以控制 R2M 连接的最大超时时间来达到效果。
这么看好像我们都是在依赖三方中间件的能力来管理任务超时时间？那么就存在一个问题，中间件超时控制能力有限，如果异步任务是中间件 IO 操作 + 本地计算操作怎么办？
public V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {// 配置的超时时间timeout = unit.toMillis(timeout);// 剩余等待时间long remaintime = timeout - (this.sentTime - this.genTime);if (remaintime <= 0L) {if (this.isDone()) {// 反序列化获取结果return this.getNow();}} else if (this.await(remaintime, TimeUnit.MILLISECONDS)) {// 等待时间内任务完成，反序列化获取结果return this.getNow();}this.setDoneTime();// 超时抛出异常throw this.clientTimeoutException(false);}
当这个任务刚好卡在超时边缘完成时，这个任务的耗时时间就变成了超时时间 + 获取结果时间。而获取结果（反序列化）作为纯本地计算操作，耗时长短受 CPU 影响较大。
某些 CPU 使用率高的情况下，就会出现异步任务没能触发抛出异常中断，导致我们无法准确控制超时时间。对上游来说，本次请求全部失败。
解决方式
JDK 9
这类问题非常常见，如大促场景，服务器 CPU 瞬间升高就会出现以上问题。
那么如何解决呢？其实 JDK 的开发大佬们早有研究。在 JDK 9，CompletableFuture 正式提供了 orTimeout、completeTimeout 方法，来准确实现异步超时控制。
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;}
orTimeout 其实现原理是通过一个定时任务，在给定时间之后抛出异常。如果任务在指定时间内完成，则取消抛异常的操作。
new Timeout(this)。
static final class Timeout implements Runnable {final CompletableFuture<?> f;Timeout(CompletableFuture<?> f) { this.f = f; }public void run() {if (f != null && !f.isDone())// 抛出超时异常f.completeExceptionally(new TimeoutException());}}
Timeout 是一个实现 Runnable 的类，run() 方法负责给传入的异步任务通过 completeExceptionally CAS 赋值异常，将任务标记为异常完成。
run() 方法呢？我们看下 Delayer 的实现。
static final class Delayer {static ScheduledFuture<?> delay(Runnable command, long delay,TimeUnit unit) {// 到时间触发 command 任务return delayer.schedule(command, delay, unit);}static final class DaemonThreadFactory implements ThreadFactory {public Thread newThread(Runnable r) {Thread t = new Thread(r);t.setDaemon(true);t.setName("CompletableFutureDelayScheduler");return t;}}static final ScheduledThreadPoolExecutor delayer;static {(delayer = new ScheduledThreadPoolExecutor(1, new DaemonThreadFactory())).setRemoveOnCancelPolicy(true);}}
Delayer 其实就是一个单例定时调度器，Delayer.delay(new Timeout(this), timeout, unit) 通过 ScheduledThreadPoolExecutor 实现指定时间后触发 Timeout 的 run() 方法。
Timeout 了。因此我们还需要实现一个取消逻辑。
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 (ex == null && f != null && !f.isDone())// 3 未触发抛异常任务则取消f.cancel(false);}}
当任务执行完成，或者任务执行异常时，我们也就没必要抛出超时异常了。因此我们可以把 delayer.schedule(command, delay, unit) 返回的定时超时任务取消，不再触发 Timeout。当我们的异步任务完成，并且定时超时任务未完成的时候，就是我们取消的时机。因此我们可以通过 whenComplete(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action) 来完成。
Canceller 就是一个 BiConsumer 的实现。其持有了 delayer.schedule(command, delay, unit) 返回的定时超时任务，accept(Object ignore, Throwable ex) 实现了定时超时任务未完成后，执行 cancel(boolean mayInterruptIfRunning) 取消任务的操作。
JDK 8
如果我们使用的是 JDK 9 或以上，我们可以直接用 JDK 的实现来完成异步超时操作。那么 JDK 8 怎么办呢？
其实我们也可以根据上述逻辑简单实现一个工具类来辅助。
以下是我们营销自己的工具类以及用法，贴出来给大家作为参考，大家也可以自己写的更优雅一些~
CompletableFutureExpandUtils.orTimeout(异步任务, 超时时间, 时间单位);
package com.jd.jr.market.reduction.util;import com.jdpay.market.common.exception.UncheckedException;import java.util.concurrent.*;import java.util.function.BiConsumer;/*** CompletableFuture 扩展工具** @author zhangtianci7*/public class CompletableFutureExpandUtils {/*** 如果在给定超时之前未完成，则异常完成此 CompletableFuture 并抛出 {@link TimeoutException} 。** @param timeout 在出现 TimeoutException 异常完成之前等待多长时间，以 {@code unit} 为单位* @param unit 一个 {@link TimeUnit}，结合 {@code timeout} 参数，表示给定粒度单位的持续时间* @return 入参的 CompletableFuture*/public static <T> CompletableFuture<T> orTimeout(CompletableFuture<T> future, long timeout, TimeUnit unit) {if (null == unit) {throw new UncheckedException("时间的给定粒度不能为空");}if (null == future) {throw new UncheckedException("异步任务不能为空");}if (future.isDone()) {return future;}return future.whenComplete(new Canceller(Delayer.delay(new Timeout(future), timeout, unit)));}/*** 超时时异常完成的操作*/static final class Timeout implements Runnable {final CompletableFuture<?> future;Timeout(CompletableFuture<?> future) {this.future = future;}public void run() {if (null != future && !future.isDone()) {future.completeExceptionally(new TimeoutException());}}}/*** 取消不需要的超时的操作*/static final class Canceller implements BiConsumer<Object, Throwable> {final Future<?> future;Canceller(Future<?> future) {this.future = future;}public void accept(Object ignore, Throwable ex) {if (null == ex && null != future && !future.isDone()) {future.cancel(false);}}}/*** 单例延迟调度器，仅用于启动和取消任务，一个线程就足够*/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);t.setDaemon(true);t.setName("CompletableFutureExpandUtilsDelayScheduler");return t;}}static final ScheduledThreadPoolExecutor delayer;static {delayer = new ScheduledThreadPoolExecutor(1, new DaemonThreadFactory());delayer.setRemoveOnCancelPolicy(true);}}}
总结
在 JDK 8 场景下，现有超时中断的做法依赖于任务本身的超时实现，当任务本身的超时失效，或者不够精确时，并没有很好的手段来中断任务。因此本文给出一种让 CompletableFuture 支持异步超时的实现方案实现思路，仅供大家参考。
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