大家好，欢迎来到今天的“Java结构化并发：最佳实践与错误处理”讲座。我是你们的老朋友，今天咱们一起聊聊Java这个新玩意儿，它能让多线程编程变得像搭积木一样简单。
开场白：多线程的那些糟心事儿
咱们写Java，多线程跑不掉。以前搞多线程，那感觉就像走钢丝，一不小心就掉进坑里。什么死锁、竞态条件、异常处理，想想都头大。就好像你同时指挥一群小蚂蚁搬东西，一不小心它们就打起来了，东西也搬不成了。
现在好了，有了结构化并发，就像给小蚂蚁们建了个有序的流水线，每个蚂蚁都有自己的任务，而且互相配合，再也不用担心它们打架了。
什么是结构化并发？
简单来说，结构化并发就是把并发任务组织成一个树形结构。每个任务都有一个明确的父任务，任务的生命周期也由父任务控制。这样一来，任务之间的关系就变得清晰明了，方便管理和维护。
想象一下，以前你写多线程，就像在一个房间里扔了一堆线团，乱七八糟。现在有了结构化并发，就像把这些线团整理成一棵树，每个线头都连接到树干上，井然有序。
JEP 453 到底干了啥？
JEP 453 给 Java 带来了 StructuredTaskScope 这个神器。它主要做了这几件事：
- 任务的启动和取消： 可以方便地启动多个并发任务，并且可以统一取消它们。
- 错误传播： 如果任何一个子任务失败了，它可以自动传播到父任务，避免漏掉异常。
- 结果聚合： 可以方便地收集所有子任务的结果，并进行处理。
- 生命周期管理： 确保所有子任务要么成功完成，要么被取消，避免资源泄露。
StructuredTaskScope：你的新朋友
StructuredTaskScope 是结构化并发的核心。它提供了几种不同的策略来处理子任务的结果和异常。
1. StructuredTaskScope.ShutdownOnSuccess
这种策略适用于当所有子任务中，只要有一个成功，就应该立即关闭整个任务范围的情况。常见的场景是服务发现，只需要找到一个可用的服务就可以停止搜索。
import java.util.concurrent.StructuredTaskScope;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class ShutdownOnSuccessExample {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnSuccess<String>()) {
Future<String> task1 = scope.fork(() -> findService("Service A"));
Future<String> task2 = scope.fork(() -> findService("Service B"));
scope.join(); // Join completes when all subtasks complete or a shutdown is initiated
scope.throwIfFailed(); // Rethrows exception from any failed subtask
String result = scope.result(); // Returns the result of the first successful subtask
System.out.println("Found service: " + result);
}
}
static String findService(String serviceName) {
// Simulate service discovery with random success/failure
if (Math.random() > 0.5) {
System.out.println(serviceName + " found!");
return serviceName + " is available";
} else {
System.out.println(serviceName + " not found.");
throw new RuntimeException(serviceName + " unavailable");
}
}
}在这个例子中，findService 模拟服务发现。如果 Service A 或 Service B 其中一个找到了，scope.result() 就会返回对应的结果，并且整个任务范围会关闭，不再等待另一个任务完成。如果两个服务都找不到，scope.throwIfFailed() 会抛出异常。
2. StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure
这种策略适用于只要有任何一个子任务失败，就应该立即关闭整个任务范围的情况。常见的场景是事务处理，如果任何一个步骤失败，整个事务都应该回滚。
import java.util.concurrent.StructuredTaskScope;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class ShutdownOnFailureExample {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
Future<Integer> task1 = scope.fork(() -> processData("Data A"));
Future<Integer> task2 = scope.fork(() -> processData("Data B"));
scope.join(); // Join completes when all subtasks complete or a shutdown is initiated
scope.throwIfFailed(); // Rethrows exception from any failed subtask
// Aggregate results if all tasks succeeded
int result = task1.resultNow() + task2.resultNow();
System.out.println("Total processed data: " + result);
} catch (Exception e) {
System.err.println("Transaction failed: " + e.getMessage());
}
}
static int processData(String data) {
// Simulate data processing with random success/failure
if (Math.random() > 0.2) {
System.out.println("Processed " + data);
return data.length();
} else {
System.out.println("Failed to process " + data);
throw new RuntimeException("Failed to process " + data);
}
}
}在这个例子中，processData 模拟数据处理。如果 Data A 或 Data B 其中任何一个处理失败，scope.throwIfFailed() 就会抛出异常，整个任务范围会关闭，不再等待另一个任务完成。如果两个数据都处理成功，就可以把结果聚合起来。
3. 自定义策略
StructuredTaskScope 也允许你自定义策略来处理子任务的结果和异常。你可以通过继承 StructuredTaskScope 类，并重写 handleComplete 方法来实现自定义的逻辑。
最佳实践：让你的代码更优雅
-
使用 try-with-resources： 确保
StructuredTaskScope在使用完毕后能够正确关闭，释放资源。try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnSuccess<String>()) { // ... } -
明确任务的父子关系： 确保每个子任务都有一个明确的父任务，避免任务之间的依赖关系混乱。
-
合理选择策略： 根据实际场景选择合适的
StructuredTaskScope策略，避免过度或不足的错误处理。 -
避免长时间运行的任务： 尽量将任务分解成更小的单元，避免长时间运行的任务阻塞整个任务范围。
错误处理：让你的程序更健壮
- 使用
throwIfFailed()： 在scope.join()之后，一定要调用scope.throwIfFailed()，确保任何子任务的异常都被传播到父任务。 - 捕获异常： 在使用
StructuredTaskScope的代码块中，要捕获可能抛出的异常，并进行适当的处理。 - 日志记录： 记录所有子任务的执行情况，方便排查问题。
代码示例：一个完整的例子
咱们来写一个完整的例子，模拟一个在线购物的场景。用户下单后，需要同时进行库存检查、支付处理和物流安排。
import java.util.concurrent.StructuredTaskScope;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class OnlineShoppingExample {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
Future<Boolean> checkStockTask = scope.fork(() -> checkStock("Product A", 1));
Future<Boolean> processPaymentTask = scope.fork(() -> processPayment("User A", 100));
Future<Boolean> arrangeShippingTask = scope.fork(() -> arrangeShipping("Address A"));
scope.join();
scope.throwIfFailed();
// All tasks succeeded
System.out.println("Order processed successfully!");
} catch (Exception e) {
System.err.println("Order failed: " + e.getMessage());
}
}
static boolean checkStock(String product, int quantity) {
// Simulate stock check
if (Math.random() > 0.1) {
System.out.println("Stock check passed for " + product);
return true;
} else {
System.out.println("Stock check failed for " + product);
throw new RuntimeException("Insufficient stock for " + product);
}
}
static boolean processPayment(String user, int amount) {
// Simulate payment processing
if (Math.random() > 0.1) {
System.out.println("Payment processed for " + user + ", amount: " + amount);
return true;
} else {
System.out.println("Payment failed for " + user + ", amount: " + amount);
throw new RuntimeException("Payment failed for " + user);
}
}
static boolean arrangeShipping(String address) {
// Simulate shipping arrangement
if (Math.random() > 0.1) {
System.out.println("Shipping arranged for " + address);
return true;
} else {
System.out.println("Shipping arrangement failed for " + address);
throw new RuntimeException("Shipping arrangement failed for " + address);
}
}
}在这个例子中，如果库存检查、支付处理或物流安排其中任何一个失败，整个订单都会失败。StructuredTaskScope 确保了异常能够正确传播，并且所有任务都会被取消。
与其他并发工具的比较
| 特性 | StructuredTaskScope | ExecutorService | CompletableFuture |
|---|---|---|---|
| 结构化 | 是 | 否 | 半结构化（需要手动管理依赖关系） |
| 错误处理 | 自动传播 | 需要手动处理 | 需要手动处理 |
| 生命周期管理 | 自动管理 | 需要手动管理 | 需要手动管理 |
| 适用场景 | 并发任务需要协同工作 | 独立的、无需协同的任务 | 异步编程，需要链式调用和组合 |
| 学习曲线 | 简单 | 中等 | 复杂 |
总结：拥抱结构化并发
结构化并发是 Java 多线程编程的一个重要进步。它能够帮助我们编写更清晰、更健壮、更易于维护的多线程代码。虽然它不能解决所有并发问题，但它提供了一种更安全、更可靠的方式来处理并发任务。
希望今天的讲座能够帮助大家更好地理解和使用 Java 结构化并发。记住，多线程编程就像开车，掌握好方向盘，才能安全到达目的地。
Q&A环节
现在是提问环节，大家有什么问题都可以提出来，我会尽力解答。
(等待提问并解答)
感谢大家的参与，希望今天的讲座对您有所帮助。下次再见！