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基于 Java 的异步任务管理器的设计与实现方案

以下是基于 Java 的异步任务管理器的设计与实现方案,涵盖核心功能、工具推荐和代码示例:


1. 核心功能实现

1.1 基础版本(使用 ExecutorServiceFuture
import java.util.concurrent.*;

public class AsyncTaskManager {
    private final ExecutorService executor;
    private final ConcurrentMap<String, Future<?>> taskMap = new ConcurrentHashMap<>();

    public AsyncTaskManager(int poolSize) {
        this.executor = Executors.newFixedThreadPool(poolSize);
    }

    // 添加任务
    public String addTask(String taskId, Runnable task) {
        Future<?> future = executor.submit(task);
        taskMap.put(taskId, future);
        return taskId;
    }

    // 获取任务状态
    public String getTaskStatus(String taskId) {
        Future<?> future = taskMap.get(taskId);
        if (future == null) return "Not Found";
        if (future.isDone()) {
            try {
                future.get(); // 检查是否异常
                return "Completed";
            } catch (Exception e) {
                return "Failed";
            }
        }
        return "Running";
    }

    // 关闭管理器
    public void shutdown() {
        executor.shutdown();
    }
}
1.2 使用 CompletableFuture(支持异步链式调用)
public class AdvancedAsyncTaskManager {
    private final ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
    private final ConcurrentMap<String, CompletableFuture<?>> taskMap = new ConcurrentHashMap<>();

    public String submitTask(String taskId, Supplier<?> task) {
        CompletableFuture<?> future = CompletableFuture.supplyAsync(task, executor);
        taskMap.put(taskId, future);
        future.whenComplete((result, ex) -> {
            if (ex != null) {
                System.err.println("Task failed: " + ex.getMessage());
            }
        });
        return taskId;
    }

    public <T> T getResult(String taskId) throws ExecutionException, InterruptedException {
        CompletableFuture<?> future = taskMap.get(taskId);
        return (T) (future != null ? future.get() : null);
    }
}

2. 高级功能扩展

2.1 重试机制(使用 Resilience4j 或 Spring Retry)
// 依赖:io.github.resilience4j:resilience4j-retry
RetryConfig config = RetryConfig.custom()
    .maxAttempts(3)
    .waitDuration(Duration.ofMillis(1000))
    .retryOnException(e -> e instanceof IOException)
    .build();

Retry retry = Retry.of("taskRetry", config);

Runnable retryableTask = Retry.decorateRunnable(retry, () -> {
    // 可能会失败的任务
    if (Math.random() > 0.5) throw new IOException("模拟失败");
});

new AsyncTaskManager(4).addTask("task1", retryableTask);
2.2 任务超时控制
CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 长时间任务
    return "Result";
}).completeOnTimeout("Timeout Fallback", 5, TimeUnit.SECONDS);
2.3 任务依赖(DAG 调度)
CompletableFuture<String> task1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Task1");
CompletableFuture<String> task2 = task1.thenApplyAsync(result -> "Task2 uses " + result);
CompletableFuture<Void> allTasks = CompletableFuture.allOf(task1, task2);
allTasks.join();

3. 分布式异步任务(扩展思路)

3.1 消息队列集成(如 RabbitMQ/Kafka)
// 使用 RabbitMQ 分发任务(示例代码)
ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
factory.setHost("localhost");
try (Connection connection = factory.newConnection();
     Channel channel = connection.createChannel()) {
    channel.queueDeclare("task_queue", true, false, false, null);
    // 发布任务
    channel.basicPublish("", "task_queue", null, "Task Data".getBytes());
}
3.2 分布式任务框架
  • PowerJob:轻量级分布式任务调度框架(GitHub)。
  • Elastic-Job:基于 ZooKeeper 的弹性分布式任务调度(官网)。
  • Quartz Cluster:集群化定时任务管理。

4. 完整示例(Spring Boot 集成)

4.1 配置异步任务管理器
@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfig implements AsyncConfigurer {
    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(10);
        executor.setMaxPoolSize(50);
        executor.setQueueCapacity(100);
        executor.setThreadNamePrefix("AsyncTask-");
        executor.initialize();
        return executor;
    }
}
4.2 定义异步任务
@Service
public class EmailService {
    @Async
    public CompletableFuture<String> sendEmailAsync(String to) {
        // 模拟耗时操作
        Thread.sleep(2000);
        return CompletableFuture.completedFuture("Email sent to " + to);
    }
}
4.3 监控任务状态
@RestController
public class TaskController {
    @Autowired
    private EmailService emailService;

    private final Map<String, CompletableFuture<String>> tasks = new ConcurrentHashMap<>();

    @PostMapping("/sendEmail")
    public String triggerEmailTask(@RequestParam String email) {
        CompletableFuture<String> future = emailService.sendEmailAsync(email);
        String taskId = UUID.randomUUID().toString();
        tasks.put(taskId, future);
        return taskId;
    }

    @GetMapping("/taskStatus")
    public String getTaskStatus(@RequestParam String taskId) {
        CompletableFuture<String> future = tasks.get(taskId);
        if (future == null) return "Not Found";
        if (future.isDone()) {
            try {
                return "Completed: " + future.get();
            } catch (Exception e) {
                return "Failed: " + e.getMessage();
            }
        }
        return "Running";
    }
}

5. 推荐工具与框架

场景工具推荐
单机任务ExecutorServiceCompletableFuture、Guava 的 ListenableFuture
定时任务Quartz、Spring @Scheduled
分布式任务PowerJob、Elastic-Job、XXL-JOB
消息队列RabbitMQ、Kafka、Redis Stream
监控Micrometer + Prometheus、Spring Boot Actuator

6. 最佳实践

  1. 线程池调优:根据任务类型(CPU 密集型 vs I/O 密集型)配置线程池参数。
  2. 优雅关闭:调用 shutdown()shutdownNow() 确保任务安全终止。
  3. 异常处理:通过 Future.get()CompletableFuture.exceptionally() 捕获异常。
  4. 任务持久化:使用数据库(如 MySQL)记录任务元数据,避免内存丢失。

如果需要更具体的实现(如分布式任务分片、动态扩缩容)或某个框架的详细用法,请进一步说明!

http://www.dtcms.com/a/112534.html

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