设计一个基于CompletableFuture的异步缓存加载器，要求支持并发优化、超时熔断和异常恢复 -

题目

设计一个基于CompletableFuture的异步缓存加载器，要求支持并发优化、超时熔断和异常恢复

信息

类型：问答
难度：⭐⭐⭐

考点

CompletableFuture高级用法, 并发编程, 缓存设计模式, 异常处理, Java 8+新特性

快速回答

实现要点：

使用ConcurrentHashMap存储CompletableFuture避免重复计算
通过completeOnTimeout()实现超时熔断
采用exceptionally()处理异常并降级
使用thenApplyAsync()控制异步线程池
通过orTimeout()防止永久阻塞

## 解析

核心设计原理

利用CompletableFuture的异步特性和函数式编程实现高效缓存：

原子性管理：ConcurrentHashMap.computeIfAbsent()保证键值计算的原子性
资源隔离：指定自定义线程池避免阻塞主线程
弹性设计：超时控制/异常恢复/降级策略三位一体

代码实现示例

public class AsyncCacheLoader {
    private final ConcurrentHashMap<String, CompletableFuture<String>> cache = new ConcurrentHashMap<>();
    private final ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);

    public CompletableFuture<String> getAsync(String key) {
        return cache.computeIfAbsent(key, k -> 
            loadFromSource(k)
                .thenApplyAsync(this::transformData, executor)
                .completeOnTimeout("DEFAULT", 500, TimeUnit.MILLISECONDS)
                .exceptionally(ex -> handleFailure(k, ex))
                .orTimeout(2, TimeUnit.SECONDS)
        );
    }

    private CompletableFuture<String> loadFromSource(String key) {
        return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            // 模拟耗时IO操作
            if ("fail".equals(key)) throw new RuntimeException("Source error");
            return "SOURCE_" + key;
        }, executor);
    }

    private String transformData(String data) {
        // 数据处理管道
        return data + "_TRANSFORMED";
    }

    private String handleFailure(String key, Throwable ex) {
        // 异常恢复逻辑
        return "FALLBACK_" + key;
    }
}

最佳实践

线程池隔离：使用独立线程池避免资源耗尽
级联超时：外层orTimeout设置总超时，内层completeOnTimeout设置阶段超时
缓存清理：添加remove()调用清除失败Future
背压控制：通过Semaphore限制并发加载数

常见错误

错误类型	后果	解决方案
未处理CompletionException	导致异步调用链静默失败	始终添加`exceptionally()`处理
共享ForkJoinPool	阻塞公共线程池引发系统瘫痪	使用自定义线程池
缓存污染	错误结果被永久缓存	失败时调用`cache.remove(key, future)`