线程池&CompletableFuture异步编排复习笔记

一、线程回顾

1.1 初始化线程的 4 种方式

1）、继承 Thread

public static class Thread01 extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 2;
            System.out.println("运行结果：" + i);
        }
    }

2）、实现 Runnable 接口

public static class Runable01 implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 2;
            System.out.println("运行结果：" + i);
        }
    }

3）、实现 Callable 接口 + FutureTask （可以拿到返回结果，可以处理异常）

public static class Callable01 implements Callable<Integer> {
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 2;
            System.out.println("运行结果：" + i);
            return i;
        }
    }
public static void main(String[] args) {
		FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new Callable01());
        new Thread(futureTask).start();
        System.out.println(futureTask.get());
}

4）、线程池

方式 1 和方式 2：主进程无法获取线程的运算结果。不适合当前场景

方式 3：主进程可以获取线程的运算结果，但是不利于控制服务器中的线程资源。可以导致服务器资源耗尽。

方式 4：通过如下两种方式初始化线程池

Executors.newFiexedThreadPool(3);
//或者
new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, TimeUnit unit, workQueue, threadFactory, handler);

通过线程池性能稳定 ，也可以获取执行结果 ，并捕获异常 。但是，在业务复杂情况下，一个异步调用可能会依赖于另一个异步调用的执行结果。

1.2 线程池的七大参数

@param **corePoolSize** the number of threads to keep in the pool, even if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set
池中一直保持的线程的数量，即使线程空闲。除非设置了 allowCoreThreadTimeOut

@param **maximumPoolSize** the maximum number of threads to allow in the pool
池中允许的最大的线程数

@param **keepAliveTime** when the number of threads is greater than the core, this is the maximum time that excess idle threads will wait for new tasks before terminating. 
当线程数大于核心线程数的时候，线程在最大多长时间没有接到新任务就会终止释放，
最终线程池维持在 corePoolSize 大小

@param **unit** the time unit for the {@code keepAliveTime} argument
时间单位

@param **workQueue** the queue to use for holding tasks before they are executed. This queue will hold only the {@code Runnable} tasks submitted by the {@code execute} method. 
阻塞队列，用来存储等待执行的任务，如果当前对线程的需求超过了 corePoolSize
大小，就会放在这里等待空闲线程执行。

@param **threadFactory** the factory to use when the executor
creates a new thread
创建线程的工厂，比如指定线程名等

@param **handler** the handler to use when execution is blocked
because the thread bounds and queue capacities are reached
拒绝策略，如果线程满了，线程池就会使用拒绝策略。

运行流程 ：

1、线程池创建，准备好 core 数量的核心线程，准备接受任务

2、新的任务进来，用 core 准备好的空闲线程执行。

(1) 、core 满了，就将再进来的任务放入阻塞队列中。空闲的 core 就会自己去阻塞队列获取任务执行

(2) 、阻塞队列满了，就直接开新线程执行，最大只能开到 max 指定的数量

(3) 、max 都执行好了。Max-core 数量空闲的线程会在 keepAliveTime 指定的时间后自动销毁。最终保持到 core 大小

(4) 、如果线程数开到了 max 的数量，还有新任务进来，就会使用 reject 指定的拒绝策略进行处理

3、所有的线程创建都是由指定的 factory 创建的。

面试问题 ：

一个线程池 core 7； max 20 ，queue：50，100 并发进来怎么分配的:

先有 7 个能直接得到执行，接下来 50 个进入队列排队，在多开 13 个线程继续执行。现在 70 个被安排上了。剩下 30 个默认拒绝策略。

1.3 常见的 4 种线程池

• newCachedThreadPool
  core=0，创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
• newFixedThreadPool:
  core = max，创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
• newScheduledThreadPool
  创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
• newSingleThreadExecutor
  创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

1.4 开发中为什么使用线程池

• 降低资源的消耗
  通过重复利用已经创建好的线程降低线程的创建和销毁带来的损耗。
• 提高响应速度
  因为线程池中的线程数没有超过线程池的最大上限时，有的线程处于等待分配任务的状态，当任务来时无需创建新的线程就能执行
• 提高线程的可管理性
  线程池会根据当前系统特点对池内的线程进行优化处理，减少创建和销毁线程带来的系统开销。无限的创建和销毁线程不仅消耗系统资源，还降低系统的稳定性，使用线程池进行统一分配

二、CompletableFuture 异步编排

业务场景 ：

查询商品详情页的逻辑比较复杂，有些数据还需要远程调用，必然需要花费更多的时间。

假如商品详情页的每个查询，需要如下标注的时间才能完成，

那么，用户需要 5.5s 后才能看到商品详情页的内容。很显然是不能接受的。

如果有多个线程 同时完成这 6 步操作，也许只需要 1.5s 即可完成响应。

2.0 初步认识

在 Java 8 中, 新增加了一个包含 50 个方法左右的类: CompletableFuture ，提供了非常强大的Future 的扩展功能，可以帮助我们简化异步编程的复杂性，提供了函数式编程的能力，可以

通过回调的方式处理计算结果，并且提供了转换和组合 CompletableFuture 的方法。CompletableFuture 类实现了 Future 接口，所以你还是可以像以前一样通过get方法阻塞或

者轮询的方式获得结果，但是这种方式不推荐使用。

CompletableFuture 和 FutureTask 同属于 Future 接口的实现类，都可以获取线程的执行结果。

注意（后续不再强调) ：CompletableFuture中方法不以 Async 结尾，意味着 Action 使用相同的线程 执行，而 Async 可能会使用其他线程执行（如果是使用相同的线程池，也可能会被同一个线程选中执行）

2.1 创建异步对象

CompletableFuture 提供了四个静态方法来创建一个异步操作。

区别：
1、runXxxx 都是没有返回结果的，supplyXxx 都是可以获取返回结果的
2、可以传入自定义的线程池（推荐使用），否则就用默认的线程池；

2.2 计算完成时回调方法

whenComplete系列方法只能感知异常，不能修改CompletableFuture的返回值，若要返回异常信息，可以再链式调用exceptionally()方法，并指定一个出现异常以后默认的返回值。

whenComplete()需要传入参数 "消费者" BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action，BiConsumer中accept(t,u)方法接收两个参数，第一个参数是future的返回结果，第二个参数是抛出的异常，没有返回值。

public class ThreadTest {
    public static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    	System.out.println("main......start.....");
		CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
             System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getId());
             int i = 10 / 0;
             System.out.println("运行结果：" + i);
             return i;
         }, executor).whenComplete((res,exception) -> {
             //虽然能得到异常信息，但是没法修改返回数据
             System.out.println("异步任务成功完成了...结果是：" + res + "异常是：" + exception);
         }).exceptionally(throwable -> {
             //可以感知异常，同时返回默认值
             return 10;
         });
		System.out.println("main......end....." + future.get());
	}
}

执行结果：

main......start.....
当前线程：20
异步任务成功完成了...结果是：null异常是：java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.ArithmeticException: / by zero
main......end.....10

2.3 handle 方法

和 whenComplete 一样，可对结果做最后的处理（可处理异常），可改变返回值。

handle()方法需要传入参数 BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn，BiFunction中的R apply(T t, U u)方法接收两个参数T t 和 U u ，并且有返回值R 。

public class ThreadTest {
    public static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    	System.out.println("main......start.....");
		CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
             System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getId());
             int i = 10 / 2;
             System.out.println("运行结果：" + i);
             return i;
         }, executor).handle((result,thr) -> {
             if (result != null) {
                 return result * 2;
             }
             if (thr != null) {
                 System.out.println("异步任务成功完成了...结果是：" + result + "异常是：" + thr);
                 return 0;
             }
             return 0;
         });
		System.out.println("main......end....." + future.get());
	}
}

执行结果:

main......start.....
当前线程：20
运行结果：5
main......end.....10

2.4 线程串行化方法

假设B线程需要A线程执行完成之后才能继续执行，则需要线程串行化。

• thenRun系列方法，不需要依赖A返回的结果，没有返回值。
• thenAccept系列方法，需要依赖A返回的结果，没有返回值。
• thenApply系列方法，依赖A返回的结果，有返回值。

具体看三类方法的参数也能看出来：
thenRun 系列方法，只传入Runnable行为（不依赖结果），返回值类型是void（无返回值）。

public CompletableFuture<Void> thenRun(Runnable action)

thenAccept 系列方法，传入Consumer<? super T> action，只做消费处理（依赖结果），返回值类型是void（无返回值）。

public CompletableFuture<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action)

thenApply 系列方法，传入Function<? super T,? extends U> fn，函数处理（依赖结果），返回值类型是U（有返回值）。

public <U> CompletableFuture<U> thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)

2.5 两任务组合 - 都要完成

两个任务必须都完成，触发该任务。

• runAfterBoth：组合两个 future，不需要获取 future 的结果，只需两个 future 处理完任务后，处理该任务。
• thenAcceptBoth：组合两个 future，获取两个 future 任务的返回结果，然后处理任务，没有返回值。
• thenCombine：组合两个 future，获取两个 future 的返回结果，并返回当前任务的返回值。

2.6 两任务组合 - 一个完成

当两个任务中，任意一个 future 任务完成的时候，执行任务。

• runAfterEither ：两个任务有一个执行完成，不需要获取 future 的结果，处理任务，也没有返
  回值。
• acceptEither：两个任务有一个执行完成，获取它的返回值，处理任务，没有新的返回值。
• applyToEither：两个任务有一个执行完成，获取它的返回值，处理任务并有新的返回值。

2.7 多任务组合

allOf：等待所有任务完成。

anyOf：只要有任何一个任务完成。