Java中的任务超时处理

综述

任务超时处理是编程世界中一个不可或缺且常见的处理机制, 特别是在进行耗时任务时, 如网络请求, 数据库查询, 大规模数据处理等场景。在这些情况下, 为了防止任务因各种不可预测的因素（如网络延迟, 服务器响应超时, 数据量过大等）而无休止地占用宝贵的系统资源, 开发者通常会在任务执行逻辑中引入超时机制.

实现方式

在Java中，超时任务的处理主要通过异常处理、并发控制、线程管理等方式实现。例如，使用java.util.concurrent包中的Future接口和ExecutorService工具类，结合Callable接口和FutureTask，可以方便地设置超时任务。开发人员可以通过设置任务执行的超时时间，一旦任务执行超过设定的时间，系统将抛出TimeoutException，通知开发者任务超时，从而及时采取相应的补救措施。

利用循环计算

利用循环检查时间来处理超时是最直观的思路, 但是这个做法如今几乎没什么人在使用了. 原因有两点, 首先虽然这个做法可以不使用线程/线程池, 但是"耗时操作通常不建议放在主线程中"这一点无论是后端项目还是在android项目中都基本属于共识范畴, 所以仍然需要使用线程/线程池. 其次, 循环检查无法处理因阻塞引起的超时, 这意味着直到线程从阻塞恢复才能执行判断是否退出的语句.

所以无论从性能还是安全性来判断使用 ExecutorService 提供的 api 来实现才是更好的选择. 此处给出示例仅供了解.

public class TimeoutTask {
    private ExecutorService executorService;

    private TimeoutTask() {
        this.executorService = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2,
                10, TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(100),
                new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
        );
    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final TimeoutTask instance = new TimeoutTask();
    }

    //单例模式
    public static TimeoutTask getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }

    private static String formatTime(long time) {
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS");
        return sdf.format(new Date(time));
    }

    public void timeoutWithLoop(long millisecondLimit) {
        executorService.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                long startTime = System.currentTimeMillis();

                for (; ; ) {
                    var currentTime = System.currentTimeMillis();
                    System.out.println("当前的时间: " + formatTime(currentTime));
                    //这里使用thread.sleep模拟耗时操作
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                    if (currentTime - startTime > millisecondLimit) {
                        //为了方便测试代码运行结束自动关闭额外使用了shutdown
                        executorService.shutdown();
                        break;
                    }
                }
            }
        });
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        TimeoutTask.getInstance().timeoutWithLoop(4000);
    }
}

另外, 通过循环处理超时任务还有一个变种做法, 那就是通过 Timer 或者其他延时api控制某个 AtomicBoolean 格式的flag进行转变, 在循环中通过检查flag来判断是否超时并跳出. 这里额外再提一句, 示例就不给出了.

当然, 这个变种做法依然存在此前提到的两种问题, 同样不推荐, 仅供了解.

利用 future.get() 和 future.cancel() 方法

这应该是当前处理异步任务超时情况下最好的处理方式, 通过 executorService.submit() 获取 future , 通过 future.get() 设置超时期限, 再在 TimeoutException 触发时通过 future.cancel() 取消超时任务.

public class TimeoutTask {
    private ExecutorService executorService;

    private TimeoutTask() {
        this.executorService = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2,
                10, 
                TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(100),
                new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
        );
    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final TimeoutTask instance = new TimeoutTask();
    }

    //单例模式
    public static TimeoutTask getInstance() {
        return SingletonHolder.instance;
    }

    private static String formatTime(long time) {
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS");
        return sdf.format(new Date(time));
    }

    public void timeoutWithFuture(long targetTime) {
        Future<?> future = executorService.submit(() -> {
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(8000);
                var awaitEndTime = System.currentTimeMillis();
                System.out.println("通过condition.await()等待结束时间: "+ formatTime(awaitEndTime) + "这一行不应该被打印");
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });

        try {
            var startTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("超时示例开始时间: "+ formatTime(startTime));

            future.get(targetTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
        } catch (TimeoutException e) {
            // 超时处理
            var endTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("任务按照预想超时结束, 结束时间: "+ formatTime(endTime));
            future.cancel(true);
        } catch (ExecutionException | InterruptedException e) {
            System.out.println("报错信息: "+e.getMessage());
        } finally {
            executorService.shutdown();
        }
    }
}

总结

综上所述, Java中的任务超时处理是一个非常重要且常见的编程实践. 处理这个问题时, 利用Java并发包中的Future接口和ExecutorService工具类基本可以被看作常规场景下的最优选. 这一做法简单有效. 另外, 在中型以上的项目中还可以进一步拓展, 将超时处理封装成类, 通过自定义的方法, 类似 executeWithTimeout(callable timeOutCallback, long timeInMillisecond, runnable onTimeOut){} 这样的封装. 这样可以不需要每次使用时都写一大堆套路代码, 减小工作量.