【Java】CompletableFuture 并发顺序调度

news2024/11/26 11:31:24

前言

Java CompletableFuture 提供了一种异步编程的方式,可以在一个线程中执行长时间的任务,而不会堵塞主线程。

和Future相比,CompletableFuture不仅实现了Future接口,也实现了 CompletionStage接口。Future接口不用多说,CompletionStage接口将多个CompletionStage执行顺序依赖给抽象了出来。

有了CompletableFuture接口,就能将多个异步事件的结果进行执行顺序编排。

使用

可数操作

一般使用 CompletableFuture的场景是有一个 a 操作,一个 b操作,还有一个 c 操作依赖 a、b两个操作的返回结果。可以直接使用 allOf()接受一长串的入参,也可以使用thenCombine()针对两个操作的特定情况。


    public static void main(String[] argv) {
        CompletableFuture<String> c1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(second * 20);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            return "1";
        });
        CompletableFuture<String> c2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(second * 20);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            return "2";
        });
        CompletableFuture c9 = CompletableFuture.allOf(c1, c2);
        c9.thenApply(v -> {
            try {
                c1.get();
                c2.get();
                System.out.println("Everything is all right");
            } catch(Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                System.out.println("Something error");
            }
            return v;
        });
        c9.join();
    }

可变操作

当想要处理的 CompletableFuture 是可变的,比如说根据数据库查出的数据每个都需要执行一个 CompletableFuture 操作,也就是 n 个 CompletableFuture。

                CompletableFuture<Void> allFuture = CompletableFuture
                .allOf(completableFutureList.toArray(new CompletableFuture[0]));
                CompletableFuture<List<T>> result = allFuture.thenApply(v ->
                        completableFutureList.stream()
                                .map(CompletableFuture::join)
                                .filter(Objects::nonNull)
                                .collect(Collectors.toList()));
                List<T> tList = result.get(50, TimeUnit.SECONDS);

源码实现

CompletableFuture 类成员变量

CompletableFuture中有一个 volatile 关键词修饰的成员变量,resultCompletableFuture.get()函数中的返回的就是这个变量。它会先检查result变量是否为null,不为null则直接返回,为null则会根据是否可中断进行一个while循环等。

在这里插入图片描述

根据使用get() 或者 get(long timeout, TimeUnit unit) 函数的不同,最终等待result结果的函数也不同。get(long timeout, TimeUnit unit)函数会是用 timedGet(long nanos) 函数进行等待。


    /**
     * Waits if necessary for this future to complete, and then
     * returns its result.
     *
     * @return the result value
     * @throws CancellationException if this future was cancelled
     * @throws ExecutionException if this future completed exceptionally
     * @throws InterruptedException if the current thread was interrupted
     * while waiting
     */
    public T get() throws InterruptedException, ExecutionException {
        Object r;
        return reportGet((r = result) == null ? waitingGet(true) : r);
    }

除了代表结果的 result 之外,还有一个 Completion 类 的变量 stack。从断点执行和代码的注解上看,这个stack代表者从属当前CompletableFuture的操作。当前CompletableFuture操作执行完毕后(result里有结果),会引动其他Completion进行处理。


    /* 
     * A CompletableFuture may have dependent completion actions,
     * collected in a linked stack. It atomically completes by CASing
     * a result field, and then pops off and runs those actions. This
     * applies across normal vs exceptional outcomes, sync vs async
     * actions, binary triggers, and various forms of completions.
     *
    /*	
    

可以通过截图看出 在Idea 内存中有和没有 Completion stack的CompletableFuture相比,有比没有多了 1 dependents的标记

Completion stack里没有东西的CompletableFutureCompletion stack里有东西的CompletableFuture
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

CompletableFuture 多个操作组织结构

CompletableFuture类能够通过 CompletableFuture.allOf()或者 CompletableFuture.anyOf()将多个CompletableFuture 对象组合在一起,等到满足条件时,再触发之后操作的执行。

allOf方法为例,CompletableFuture.allOf(CompletableFuture<?>... cfs) 方法会整合作为入参的所有CompletableFuture,等到他们呢所有的都完成之后,才返回结果。


    /* ------------- Arbitrary-arity constructions -------------- */

    /**
     * Returns a new CompletableFuture that is completed when all of
     * the given CompletableFutures complete.  If any of the given
     * CompletableFutures complete exceptionally, then the returned
     * CompletableFuture also does so, with a CompletionException
     * holding this exception as its cause.  Otherwise, the results,
     * if any, of the given CompletableFutures are not reflected in
     * the returned CompletableFuture, but may be obtained by
     * inspecting them individually. If no CompletableFutures are
     * provided, returns a CompletableFuture completed with the value
     * {@code null}.
     *
     * <p>Among the applications of this method is to await completion
     * of a set of independent CompletableFutures before continuing a
     * program, as in: {@code CompletableFuture.allOf(c1, c2,
     * c3).join();}.
     *
     * @param cfs the CompletableFutures
     * @return a new CompletableFuture that is completed when all of the
     * given CompletableFutures complete
     * @throws NullPointerException if the array or any of its elements are
     * {@code null}
     */
    public static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs) {
        return andTree(cfs, 0, cfs.length - 1);
    }

    /** Recursively constructs a tree of completions. */
    static CompletableFuture<Void> andTree(CompletableFuture<?>[] cfs,
                                           int lo, int hi) {
        CompletableFuture<Void> d = new CompletableFuture<Void>();
        if (lo > hi) // empty
            d.result = NIL;
        else {
            CompletableFuture<?> a, b;
            int mid = (lo + hi) >>> 1;
            if ((a = (lo == mid ? cfs[lo] :
                      andTree(cfs, lo, mid))) == null ||
                (b = (lo == hi ? a : (hi == mid+1) ? cfs[hi] :
                      andTree(cfs, mid+1, hi)))  == null)
                throw new NullPointerException();
            if (!d.biRelay(a, b)) {
                BiRelay<?,?> c = new BiRelay<>(d, a, b);
                a.bipush(b, c);
                c.tryFire(SYNC);
            }
        }
        return d;
    }

    /** Pushes completion to this and b unless both done. */
    final void bipush(CompletableFuture<?> b, BiCompletion<?,?,?> c) {
        if (c != null) {
            Object r;
            while ((r = result) == null && !tryPushStack(c))
                lazySetNext(c, null); // clear on failure
            if (b != null && b != this && b.result == null) {
                Completion q = (r != null) ? c : new CoCompletion(c);
                while (b.result == null && !b.tryPushStack(q))
                    lazySetNext(q, null); // clear on failure
            }
        }
    }   

    /** Returns true if successfully pushed c onto stack. */
    final boolean tryPushStack(Completion c) {
        Completion h = stack;
        lazySetNext(c, h);
        return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, STACK, h, c);
    }   
	
	boolean biRelay(CompletableFuture<?> a, CompletableFuture<?> b) {
        Object r, s; Throwable x;
        if (a == null || (r = a.result) == null ||
            b == null || (s = b.result) == null)
            return false;
        if (result == null) {
            if (r instanceof AltResult && (x = ((AltResult)r).ex) != null)
                completeThrowable(x, r);
            else if (s instanceof AltResult && (x = ((AltResult)s).ex) != null)
                completeThrowable(x, s);
            else
                completeNull();
        }
        return true;
    }

从源码上看是,是将整个CompletableFuture数组通过andTree()方法划分成了一颗二叉树,这个二叉树的叶子节点是传入的CompletableFuture对象,非叶子节点代表了它的子节点CompletableFuture的完成情况。

然后检测根节点的CompletableFuture的两个子节点是否完成。

在这里插入图片描述

cfs1、cfs2、cfs3、cfs4 是allOf的入参,四个CompletableFuture对象。

代码中通过a.bipush(b, c) 将 a、b串在一起。因为涉及到UNSAFE方法,不知道方法具体执行了什么操作。所以只能通过IDEA里内存里实际的值,去由结果推过程。

a.bipush(b,c) 前,内存各个变量实际值。

在这里插入图片描述

a.bipush(b,c) 后,内存各个变量实际值。

在这里插入图片描述

tryPushStack(Completion c) 方法前
在这里插入图片描述

tryPushStack(Completion c) 方法后 可以看到内存中 变量b 对应的内存地址为 75bd9247的 stack被赋值了成为了Completion c。

tryFire(int mode)方法执行前

在这里插入图片描述

可以看到 cfs 除了 cfs1 之外,其他的 cfs 中的 stack都被赋值了。通过观察IDEA中内存中对象实际值,可以发现stack中 的 src 是 自己的树上的兄弟节点, snd 是自己。

在这里插入图片描述

CompletableFuture 多个操作执行顺序控制

CompletableFuture 一个节点要开始执行的前提是他的子节点全部执行完毕之后,才能触发自己节点上的操作。

当调用CompletableFuture 异步执行方法 supplyAsync 会传递一个 Supplier 对象作为入参。这个Supplier 会被封装成为 一个Runnable 子类 AsyncSupply 对象,作为其抽象方法 run 中 执行的一部分。


        CompletableFuture<String> c2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(second * 20);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            return "2";
        });

---------------------------------------------------------------------------------
    /**
     * Returns a new CompletableFuture that is asynchronously completed
     * by a task running in the {@link ForkJoinPool#commonPool()} with
     * the value obtained by calling the given Supplier.
     *
     * @param supplier a function returning the value to be used
     * to complete the returned CompletableFuture
     * @param <U> the function's return type
     * @return the new CompletableFuture
     */
    public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier) {
        return asyncSupplyStage(asyncPool, supplier);
    }

    static <U> CompletableFuture<U> asyncSupplyStage(Executor e,
                                                     Supplier<U> f) {
        if (f == null) throw new NullPointerException();
        CompletableFuture<U> d = new CompletableFuture<U>();
        e.execute(new AsyncSupply<U>(d, f));
        return d;
    }

-----------------------------------------------------------------------------------
        public void run() {
           // fn 就是 CompletableFuture.supplyAsync 传入的 Supplier 
            CompletableFuture<T> d; Supplier<T> f;
            if ((d = dep) != null && (f = fn) != null) {
                dep = null; fn = null;
                if (d.result == null) {
                    try {
						// 将 Supplier 处理结果赋值给 CompletableFuture 的 result
                        d.completeValue(f.get());
                    } catch (Throwable ex) {
                        d.completeThrowable(ex);
                    }
                } 
				// Pops and tries to trigger all reachable dependents. Call only when known to be done.
                d.postComplete();
            }
        }

从源码中可以看到,当执行了CompletableFuture.supplyAsync()他的通知机制封装在实现Runnable抽象方法run里。当你传入的Supplier 有结果返回之后,会调用 CompletableFuture 中的 postComplete() 方法,通知 stack中其他可达的 从属 Completion,让他们各自完成自己的 action。


    /**
     * Pops and tries to trigger all reachable dependents.  Call only
     * when known to be done.
     */
    final void postComplete() {
        /*
         * On each step, variable f holds current dependents to pop
         * and run.  It is extended along only one path at a time,
         * pushing others to avoid unbounded recursion.
         */
        CompletableFuture<?> f = this; Completion h;
        while ((h = f.stack) != null ||
               (f != this && (h = (f = this).stack) != null)) {
            CompletableFuture<?> d; Completion t;
            if (f.casStack(h, t = h.next)) {
                if (t != null) {
                    if (f != this) {
                        pushStack(h);
                        continue;
                    }
                    h.next = null;    // detach
                }
				// 将 下一个需要执行的 Completion 弹出来后 执行 tryFire
                f = (d = h.tryFire(NESTED)) == null ? this : d;
            }
        }
    }

    static final class UniApply<T,V> extends UniCompletion<T,V> {
        Function<? super T,? extends V> fn;
        UniApply(Executor executor, CompletableFuture<V> dep,
                 CompletableFuture<T> src,
                 Function<? super T,? extends V> fn) {
            super(executor, dep, src); this.fn = fn;
        }
        final CompletableFuture<V> tryFire(int mode) {
            CompletableFuture<V> d; CompletableFuture<T> a;
            if ((d = dep) == null ||
			    // uniApply 对封装的 Supplier 进行执行
                !d.uniApply(a = src, fn, mode > 0 ? null : this))
                return null;
            dep = null; src = null; fn = null;
            return d.postFire(a, mode);
        }
    }  

    final <S> boolean uniApply(CompletableFuture<S> a,
                               Function<? super S,? extends T> f,
                               UniApply<S,T> c) {
        Object r; Throwable x;
        if (a == null || (r = a.result) == null || f == null)
            return false;
        tryComplete: if (result == null) {
            if (r instanceof AltResult) {
                if ((x = ((AltResult)r).ex) != null) {
                    completeThrowable(x, r);
                    break tryComplete;
                }
                r = null;
            }
            try {
                if (c != null && !c.claim())
                    return false;
                @SuppressWarnings("unchecked") S s = (S) r;
				// 这里实际执行 CompletableFuture 的 Supplier
                completeValue(f.apply(s));
            } catch (Throwable ex) {
                completeThrowable(ex);
            }
        }
        return true;
    }

从Idea里的 栈帧中可以看出来,是由 CompletableFuture 1 执行完后的 postComplete 引发了接下来的CompletableFuture

在这里插入图片描述

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【p2p】专利:P2p网络中数据传输的方法、电子设备、装置、网络架构

基于混合CDN的低延时直播P2P技术实践 huya 大佬们的讲座。 而且发表了很多专利: 2018年的,点击直接阅读。 本文是学习笔记 本申请公开了P2P网络中数据传输的方法、电子设备、装置、网络架构,该方法包括步骤:接收服务器发送的数据包,所述数据包由共享资源拆分而成,并由服务…

金山轻维表项目进展自动通知

项目经理作为项目全局把控者&#xff0c;经常要和时间“赛跑”。需要实时了解到目前进展如何&#xff0c;跟进人是那些&#xff1f;哪些事项还未完成&#xff1f;项目整体会不会逾期&#xff1f;特别是在一些大型公司中&#xff0c;优秀的项目经理已经学会使用金山轻维表做项目…