JAVA8中并发类CompletableFuture使用遇到的坑-守护线程

本文探讨了Java8中CompletableFuture在并发处理时的一个问题,即默认使用ForkJoinPool线程池创建的线程是守护线程,可能导致任务在主线程结束后被提前终止。作者通过案例展示了当CompletableFuture用于长时间运行任务时,由于守护线程特性,任务会在主线程退出时被强制停止。为解决此问题,提出了自定义线程池的方式,确保任务能够持续运行。同时,文章分析了源码并提供了详细的解决方案,强调了线程池需手动关闭的重要性。

1. 前言

最近在看Java8中对并发的支持CompletableFuture类,觉得挺好的,在单一线程执行的时候可以省略很多代码,手动验证后,发现其中还是有一部分坑的,此处记录一下。此处主要描述其创建线程为守护线程的问题,会随着主线程消亡直接消亡,导致任务失败。

2. CompletableFuture优点

简洁,后面以代码为例

3. 案例简述

3.1 CompletableFuture创建一个线程,内部进行轮询读取任务(如:模拟kafka之类的),会发现,执行结束后,整个线程一起关闭了,无法打到一直轮询的目的。传统直接创建的线程(默认为非守护线程)会由于子线程未结束,阻止主线程关闭。

4. 代码

package com.hz.threadpool.thread;

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @description:
 * @author: pp_lan
 * @date: 2022/3/24
 */
public class CompletableFutureTest {

    /**
     * java8并发接口
     */
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("============== testAsyncRunnable ===============");

        CompletableFuture.runAsync((() -> {
            while (true) {
           
<think> 首先,用户的问题是关于在Java的for循环中使用CompletableFuture的方法和相关知识。系统指令要求我必须使用中文回答,确保LaTeX语法正确,生成相关问题,并在引用末尾添加引用标识。 用户提供了几个引用: - 引用[1]展示了一个示例代码,使用CompletableFuture异步执行for循环,每个迭代任务在并行线程中运行。代码中用了IntStream.range和CompletableFuture.runAsync来创建任务数组,然后使用CompletableFuture.allOf(futures).join()来等待所有任务完成。 - 引用[2]讨论了在for循环中使用CompletableFuture实现异步任务的同步,似于任务链。 - 引用[3]是关于在for循环中并行执行CompletableFuture并确保所有任务完成后记录日志的问题,询问是否需要阻塞主线程。 用户的需求是:“我想了解在 Java 的 for 循环中使用 CompletableFuture 的方法和相关知识 请问Java for 循环中使用 CompletableFuture 的方法”。所以,我需要解释基本方法、相关概念和最佳实践。 结构化我的回答: 1. **引言**:简要介绍CompletableFuture和其在for循环中的应用。 2. **基本方法**:解释如何使用CompletableFuture在for循环中异步执行任务。 - 示例代码:参考引用[1]中的代码。 - 解释关键点:使用runAsync、创建任务数组、等待所有完成。 3. **同步和异步处理**:讨论如何确保任务顺序执行(如任务A完成后任务B运行),参考引用[2]。 4. **避免阻塞主线程**:讨论如何在非阻塞模式下处理,参考引用[3]。 5. **生成相关问题**:在回答结束时添加相关问题列表。 回答必须使用中文,LaTeX语法正确: - 行内数学表达式用$...$,但我这里主要是代码,可能不需要数学表达式。如果有变量,用$格式。 - 独立公式用$$...$$,但同样不太需要。 - 代码块应使用代码格式,如示例中的代码块。 生成相关问题:至少三个问题,基于主题。 引用标识:在回答中,如果引用提供的引用资料,末尾添加[^1], [^2]等。 回顾用户上一次的问题:用户上一次的问题是“我想了解在 Java 的 for 循环中使用 CompletableFuture 的方法和相关知识”,所以这是第一个交互,没有历史。我需要基于当前引用。 构建回答大纲: - **第一部分**:介绍CompletableFuture和异步编程的好处。 - **第二部分**:详细说明在for循环中使用CompletableFuture的基本方法。 - 复制或参考引用[1]的代码。 - 解释代码。 - **第三部分**:处理同步和依赖。 - **第四部分**:等待所有任务完成的非阻塞方法。 - **第五部分**:生成相关问题。 确保回答真实可靠:基于Java标准库和常见实践。 最终输出结构: - 回答主体。 - 代码块(如果有)。 - §§相关问题§§列表。 </think> ### Java for 循环中使用 CompletableFuture 的方法 在 Java 中,`CompletableFuture` 是 Java 8 引入的强大工具,用于异步编程和并发控制。它在 for 循环中的应用可以实现任务的并行执行,提升性能,尤其是在处理耗时操作时(如 I/O 或计算密集型任务)。核心思想是将循环迭代中的每个任务封装为一个 `CompletableFuture` 对象,然后批量管理这些任务的执行和完成状态。以下我将逐步解释基本方法、关键技巧和注意事项,确保回答基于 Java 标准库和实践经验。 #### 1. **基本方法:异步执行 for 循环任务** 在 for 循环中使用 `CompletableFuture` 的最简单方式是使用 `CompletableFuture.runAsync()` 或 `CompletableFuture.supplyAsync()` 来创建异步任务。每个迭代的任务被提交到线程池中并行执行。最后,通过 `CompletableFuture.allOf()` 确保所有任务完成后继续主线程流程。参考引用[1]的示例代码,以下是完整实现: ```java import java.util.concurrent.CompletableFuture; import java.util.stream.IntStream; public class AsyncForLoopExample { public static void main(String[] args) { // 创建一个CompletableFuture数组,存储每个循环迭代的任务 CompletableFuture<Void>[] futures = IntStream.range(0, 10) .mapToObj(i -> CompletableFuture.runAsync(() -> { // 模拟耗时任务,例如数据库查询或计算 try { Thread.sleep(1000); // 耗时1秒 System.out.println("Task " + i + " completed"); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); // 处理中断 } })) .toArray(CompletableFuture[]::new); // 转换为数组 // 使用allOf()等待所有任务完成 CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(futures); allOf.join(); // 阻塞主线程,直到所有任务完成 System.out.println("All tasks completed!"); } } ``` **代码解析:** - **`runAsync()`**: 用于执行无返回值的任务(如打印日志)。如果任务有返回值(如计算结果),改用 `supplyAsync()`。 - **`IntStream.range().mapToObj()`**: 使用 Java Stream API 创建循环范围(0 到 9),并将每个迭代映射为一个 `CompletableFuture` 任务。 - **`allOf().join()`**: `allOf(futures)` 创建一个组合 future,当所有任务完成时触发;`join()` 阻塞主线程等待结果。这确保了循环结束后才执行后续代码。 - **优点**: 并行执行减少了总耗时(本例中,10个并行任务需约1秒,而非串行的10秒)。适用于独立任务场景[^1]。 #### 2. **处理任务依赖和同步** 在某些场景下,for 循环中的任务需要顺序执行(如任务A完成后任务B才能启动)。这可以通过 `thenCompose()` 或 `thenRun()` 构建任务链实现。参考引用[2],以下示例展示如何在 for 循环中强制异步任务同步: ```java import java.util.concurrent.CompletableFuture; import java.util.stream.IntStream; public class ChainedTasksExample { public static void main(String[] args) { // 初始化一个起始future CompletableFuture<Void> previous = CompletableFuture.completedFuture(null); for (int i = 0; i < 5; i++) { final int taskId = i; // 链式执行:上一个任务完成后启动当前任务 previous = previous.thenCompose(voidValue -> CompletableFuture.runAsync(() -> { System.out.println("Task " + taskId + " started after previous task"); // 模拟任务执行 try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } })); } previous.join(); // 等待所有链式任务完成 System.out.println("All chained tasks completed!"); } } ``` **关键点解释:** - **任务链**: `previous.thenCompose(...)` 确保每个新任务只在上一任务完成后启动。似地,`thenRun()` 可用于无依赖的后续动作。 - **适用场景**: 当任务有顺序依赖时(如数据处理流水线),避免并发冲突[^2]。 - **注意事项**: 这种方法会降低并行度,因为任务是串行化的。如果不需严格顺序,优先使用 `allOf()` 提升性能。 #### 3. **非阻塞方式等待任务完成** 在需要异步处理且不阻塞主线程的场景下(如GUI应用或服务器),可以使用回调函数(如 `thenAccept()`)代替 `join()`。参考引用[3],以下代码实现非阻塞日志记录: ```java import java.util.concurrent.CompletableFuture; import java.util.stream.IntStream; public class NonBlockingExample { public static void main(String[] args) { CompletableFuture<Void>[] futures = IntStream.range(0, 5) .mapToObj(i -> CompletableFuture.runAsync(() -> { System.out.println("Processing task " + i); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } })) .toArray(CompletableFuture[]::new); // 使用allOf() + thenRun()实现非阻塞回调 CompletableFuture.allOf(futures) .thenRun(() -> System.out.println("All tasks completed asynchronously!")) .join(); // 可选:如果主线程需等待,可保留join;否则移除以实现完全非阻塞 System.out.println("Main thread continues without blocking"); } } ``` **优化建议:** - **非阻塞机制**: `thenRun()` 在所有任务完成后异步触发回调,不阻塞主线程。确保日志在任务结束时输出。 - **性能权衡**: 移除 `join()` 可使主线程立即继续,但需确保程序逻辑不提前退出(如使用 `Thread.sleep` 等待或守护线程)。 - **错误处理**: 添加 `exceptionally()` 方法捕获异常,避免任务失败导致阻塞[^3]。 #### 4. **最佳实践和注意事项** - **线程池管理**: 默认使用 `ForkJoinPool.commonPool()`。对于高性能场景,传入自定义线程池(如 `ExecutorService`)到 `runAsync/supplyAsync`。 - **资源控制**: 避免在大型循环中创建过多 future,防止线程耗尽(OOM)。限制并行任务数(如使用 `Semaphore`)。 - **超时处理**: 使用 `orTimeout()` 或 `completeOnTimeout()` 设置任务超时。 - **组合操作**: 支持 `anyOf()` 等待任一任务完成,或 `thenCombine()` 合并结果。 通过这些方法,您可以在 for 循环中高效利用 `CompletableFuture` 优化并发性能。如果任务独立,优先并行执行;若有依赖,构建任务链;非阻塞模式适合响应式系统[^1][^2][^3]。
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