如何使用CompletableFuture进行大数据量并发处理

面试官：有这样的一个需求，一批几百万的用户数据，需调用第三方的接口给用户发送消息。如何在一分钟内快速给这批用户发送完消息。

在处理这种要求在一分钟内向大量用户发送消息的场景中，可以使用以下方法结合CompletableFuture来实现高并发处理：

1. 分批发送：将大批量的用户数据分成多个小批次进行并发发送。这样可以减少单批次发送的负载和提高处理效率。可以通过设置每批次的大小来控制并发度。
2. 异步并发处理：使用CompletableFuture来实现异步并发处理。将每个小批次的发送任务包装成一个CompletableFuture，然后使用CompletableFuture的方法来进行并发处理和等待任务完成。

下面是一个简单的代码示例，展示了如何使用CompletableFuture来进行分批并发发送消息的处理：

// 假设已经准备好了用户数据列表 userList

// 将用户数据分成多个小批次
List<List<User>> batches = new ArrayList<>();
int batchSize = 1000; // 每批次的大小
for (int i = 0; i < userList.size(); i += batchSize) {
    int endIndex = Math.min(i + batchSize, userList.size());
    List<User> batch = userList.subList(i, endIndex);
    batches.add(batch);
}

// 使用CompletableFuture进行分批并发发送消息
List<CompletableFuture<Void>> sendFutures = new ArrayList<>();
for (List<User> batch : batches) {
    CompletableFuture<Void> sendFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
        // 处理当前批次的发送任务
        for (User user : batch) {
            // 发送消息给用户
            sendMessage(user);
        }
    });
    sendFutures.add(sendFuture);
}

// 等待所有发送任务完成
CompletableFuture.allOf(sendFutures.toArray(new CompletableFuture[0])).join();

将用户数据列表userList分成多个小批次，每个批次的大小为batchSize。然后，使用CompletableFuture将每个小批次的发送任务进行异步并发处理。最后，使用CompletableFuture.allOf()等待所有发送任务完成。

在实际生产环境中，需要根据具体情况进行调优和优化，例如控制分批的大小、并发度、合理的线程池配置等，以确保系统可以承受高并发压力。

在解决高并发问题中经常会使用到CompletableFuture。CompletableFuture在解决高并发问题时提供了一些常用的方法和技巧。

1. 异步并行执行任务：

List<CompletableFuture<Void>> futures = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
        // 执行异步任务
    });
    futures.add(future);
}
CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[0])).join();

上述代码创建了10个CompletableFuture实例，每个CompletableFuture都执行一个异步任务。通过CompletableFuture.allOf()方法等待所有任务完成。

2. 等待任意任务完成：

CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 执行异步任务 1
    return "Result 1";
});
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 执行异步任务 2
    return "Result 2";
});
CompletableFuture<Object> firstCompleted = CompletableFuture.anyOf(future1, future2);
String result = (String) firstCompleted.get(); // 获取第一个完成的任务的结果

上述代码创建了两个CompletableFuture实例，并使用CompletableFuture.anyOf()方法等待任意一个任务完成。

3. 异常处理和默认值：

CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 执行异步任务
    if (someCondition) {
        throw new RuntimeException("Error");
    }
    return 42;
});
CompletableFuture<Integer> handledFuture = future.exceptionally(ex -> {
    // 异常处理
    return 0;
});
int result = handledFuture.get(); // 获取处理后的结果，如果有异常则返回默认值

上述代码使用
CompletableFuture.exceptionally()方法处理异步任务的异常，并返回一个默认值。

4. 任务组合：

CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 执行异步任务 1
    return 42;
});
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 执行异步任务 2
    return "Result";
});
CompletableFuture<String> combinedFuture = future1.thenCombine(future2, (result1, result2) -> {
    // 结果组合
    return result1 + result2;
});
String result = combinedFuture.get(); // 获取组合后的结果

CompletableFuture.thenCombine()方法将两个任务的结果进行组合。

CompletableFuture常用方法：

thenApply()：把前面任务的执行结果，交给后面的Function

thenCompose()：用来连接两个有依赖关系的任务，结果由第二个任务返回

and集合关系

thenCombine()：合并任务，有返回值

thenAccepetBoth()：两个任务执行完成后，将结果交给thenAccepetBoth处理，无返回值

runAfterBoth()：两个任务都执行完成后，执行下一步操作(Runnable类型任务)

or聚合关系

applyToEither()：两个任务哪个执行的快，就使用哪一个结果，有返回值

acceptEither()：两个任务哪个执行的快，就消费哪一个结果，无返回值

runAfterEither()：任意一个任务执行完成，进行下一步操作(Runnable类型任务)

并行执行

allOf()：当所有给定的 CompletableFuture 完成时，返回一个新的 CompletableFuture

anyOf()：当任何一个给定的CompletablFuture完成时，返回一个新的CompletableFuture

结果处理

whenComplete：当任务完成时，将使用结果(或 null)和此阶段的异常(或 null如果没有)执行给定操作

exceptionally：返回一个新的CompletableFuture，当前面的CompletableFuture完成时，它也完成，当它异常完成时，给定函数的异常触发这个CompletableFuture的完成

CompletableFuture源码分析：

CompletableFuture是Java 8引入的一个用于实现异步编程的工具类。它基于Future接口，并扩展了更多的功能，例如可以将多个CompletableFuture组合在一起进行串行或并行操作，并且提供了异常处理、超时等特性。

CompletableFuture的底层源码相对复杂，主要的设计和实现原理：

1. 内部状态：CompletableFuture类中包含了一个内部的AtomicReference字段，用于保存CompletableFuture的结果或异常。这个字段使用了一种CAS（Compare And Swap）原子操作来保证线程安全。

2. 异步执行：CompletableFuture支持异步执行任务，它使用了ForkJoinPool来调度任务的执行。异步任务可以通过supplyAsync()方法创建，也可以通过完成一个CompletableFuture来触发执行。

3. 执行链：CompletableFuture支持通过一系列的方法调用构建执行链。每个方法都会返回一个新的CompletableFuture对象，用于表示中间结果或最终结果。这种链式调用的设计让代码更加简洁和可读。

4. CompletionStage接口：CompletableFuture实现了CompletionStage接口，该接口定义了一系列以then开头的方法，用于设置任务完成后的回调操作。这使得CompletableFuture可以方便地进行任务的组合和串行/并行执行。

5. 异常处理：CompletableFuture提供了exceptionally()和handle()方法来处理任务执行过程中的异常。exceptionally()方法用于处理异常并返回一个默认值，而handle()方法可以处理异常并返回一个新的结果。

6. 组合操作：CompletableFuture支持多个CompletableFuture的组合操作，包括thenApply()、thenCompose()、thenCombine()等。这些方法可以实现串行执行、并行执行以及多个任务之间的依赖关系。

#如何处理线程并发问题?# #大数据量、高并发业务怎么优化?#