异步和线程池-阿里云开发者社区

初始化线程的四种方式

继承 Thread

public static void main(String[] args) {
        Thread01 thread01=new Thread01();
        thread01.start();
    }
    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("返回结果："+i);
        }
    }

实现 Runnable 接口

public static void main(String[] args) {
        Runnable01 runnable01=new Runnable01();
        new Thread(runnable01).start();
    }
        public  static  class  Runnable01 implements   Runnable{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("当前线程"+Thread.currentThread().getId());
            int i=10/2;
            System.out.println("返回结果："+i);
        }
    }

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

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        FutureTask<Integer> futureTask=new FutureTask<>(new Callable01());
        new Thread(futureTask).start();
        Integer integer = futureTask.get();
        System.out.println("main---返回"+integer);
    }
        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("返回结果："+i);
            return  i;
        }
    }

线程池

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
executorService.execute(new Runnable01());

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：可以控制资源

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。

线程池详解

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize: 池中一直保持的线程的数量，即使线程空闲。除非设置了 allowCoreThreadTimeOut
maximumPoolSize: 池中允许的最大的线程数
keepAliveTime: 当线程数大于核心线程数的时候，超出核心线程数的线程在最大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
unit: 时间单位
workQueue: 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.
threadFactory：创建线程的工厂，比如指定线程名等
handler：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：

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 个继续执行。现在 70 个被安排上了。剩下 30 个使用拒绝策略。

具体参考：多线程之线程池 - 炒焖煎糖板栗 - 博客园 (cnblogs.com)

常见的 4 种线程池

newCachedThreadPool

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

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。

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

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。

获取sku的基本信息 0.5s
获取sku的图片信息 0.5s
获取sku的促销信息 1s
获取spu的所有销售属性 1s
获取规格参数 1.5s
spu详情 1s

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。

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

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。

public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable)
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,Executor executor)
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier,Executor executor)

runXxxx 都是没有返回结果的，supplyXxx 都是可以获取返回结果的
可以传入自定义的线程池，否则就用默认的线程池；

启动异步任务

public static void main(String[] args) {
      System.out.println("Main方法开始");
        //runAsync没有返回结果
        CompletableFuture.runAsync(()->{
            System.out.println("当前线程"+Thread.currentThread().getId());
            int i=10/2;
            System.out.println("返回结果："+i);
        },executorService);
        //supplyAsync 有返回结果
        CompletableFuture<Integer> integerCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 2;
            System.out.println("返回结果：" + i);
            return i;
        }, executorService);
        System.out.println("返回值："+integerCompletableFuture.get());
        System.out.println("Main方法结束");
    }

计算完成时回调方法

public CompletableFuture<T> whenComplete(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action)
public CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action)
public CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action, Executor executor)
public CompletableFuture<T> exceptionally(Function<Throwable, ? extends T> fn)

whenComplete 可以处理正常和异常的计算结果，exceptionally 处理异常情况

whenComplete 和 whenCompleteAsync 的区别：

whenComplete：是执行当前任务的线程执行继续执行 whenComplete 的任务。
whenCompleteAsync：是执行把 whenCompleteAsync 这个任务继续提交给线程池来进行执行

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）

方法完成后的感知

public class CompletableFutureDemo {
    public static void main(String[] args) {
      CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 0;
            System.out.println("返回结果：" + i);
            return i;
        }, executorService).whenCompleteAsync((res,expect)->{
            //虽然能得到异常信息但是没法处理结果
            System.out.println("异步完成返回结果："+res+"，异常信息："+expect);
        }).exceptionally(throwable -> {
            //可以感知异常，并返回默认值
            return  10;
        });
        System.out.println("返回值："+future.get());
        System.out.println("Main方法结束");
    }
}

handle 方法

和complete方法一样，不过可以处理异常，并返回结果

public <U> CompletableFuture<U> handle(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn) {
        return uniHandleStage(null, fn);
    }
public <U> CompletableFuture<U> handleAsync(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn) {
        return uniHandleStage(asyncPool, fn);
    }
public <U> CompletableFuture<U> handleAsync(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn, Executor executor) {
        return uniHandleStage(screenExecutor(executor), fn);
    }

方法完成后的处理

public class CompletableFutureDemo {
    public static void main(String[] args) {
     CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 0;
            System.out.println("返回结果：" + i);
            return i;
        }, executorService).handle((res,except)->{
            //如果返回成功
            if(res!=null) {
                res=res*2;
            }
            //如果返回失败
            if(except!=null){
                return  0;
            }
            return  0;
        });
        System.out.println("返回值："+future.get());
        System.out.println("Main方法结束");
    }
}

线程串行化方法

public <U> CompletableFuture<U> thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)
public <U> CompletableFuture<U> thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn)
public <U> CompletableFuture<U> thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn, Executor executor)
public CompletableFuture<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action)
public CompletableFuture<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action)
public CompletableFuture<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action,Executor executor)
public CompletableFuture<Void> thenRun(Runnable action)
public CompletableFuture<Void> thenRunAsync(Runnable action)
public CompletableFuture<Void> thenRunAsync(Runnable action, Executor executor)

有两个线程A、B先后执行

thenRun：A线程执行完不需要A的返回值，直接执行B

public static void main(String[] args) {
         CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 5;
            System.out.println("返回结果：" + i);
            return i;
        }, executorService).thenRunAsync(()->{
            System.out.println("方法二执行");
        },executorService);
    }

假如有异常不能获取上一步的返回结果

thenAccept：A线程执行完，B需要A的返回值，然后执行B，无返回结果

public static void main(String[] args) {
            CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 5;
            System.out.println("返回结果：" + i);
            return i;
        }, executorService).thenAcceptAsync((res)->{
            System.out.println("任务二获取任务一结果："+res);
        },executorService);
    }

thenApply：当一个线程依赖另一个线程时，获取上一个任务返回的结果，并返回当前任务的返回值

public static void main(String[] args) {
  CompletableFuture<String> stringCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 5;
            System.out.println("返回结果：" + i);
            return i;
        }, executorService).thenApplyAsync((res) -> {
            System.out.println("任务二获取任务一结果：" + res);
            return "hello," + res;
        }, executorService);
        System.out.println("方法最终返回结果："+stringCompletableFuture.get());
}

两任务组合

public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombine(
        CompletionStage<? extends U> other,
        BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn) {
        return biApplyStage(null, other, fn);
    }
    public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombineAsync(
        CompletionStage<? extends U> other,
        BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn) {
        return biApplyStage(asyncPool, other, fn);
    }
    public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombineAsync(
        CompletionStage<? extends U> other,
        BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn, Executor executor) {
        return biApplyStage(screenExecutor(executor), other, fn);
    }
 public <U> CompletableFuture<Void> thenAcceptBoth(
        CompletionStage<? extends U> other,
        BiConsumer<? super T, ? super U> action) {
        return biAcceptStage(null, other, action);
    }
    public <U> CompletableFuture<Void> thenAcceptBothAsync(
        CompletionStage<? extends U> other,
        BiConsumer<? super T, ? super U> action) {
        return biAcceptStage(asyncPool, other, action);
    }
    public <U> CompletableFuture<Void> thenAcceptBothAsync(
        CompletionStage<? extends U> other,
        BiConsumer<? super T, ? super U> action, Executor executor) {
        return biAcceptStage(screenExecutor(executor), other, action);
    }
   public CompletableFuture<Void> runAfterBoth(CompletionStage<?> other,
                                                Runnable action) {
        return biRunStage(null, other, action);
    }
    public CompletableFuture<Void> runAfterBothAsync(CompletionStage<?> other,
                                                     Runnable action) {
        return biRunStage(asyncPool, other, action);
    }
    public CompletableFuture<Void> runAfterBothAsync(CompletionStage<?> other,
                                                     Runnable action,
                                                     Executor executor) {
        return biRunStage(screenExecutor(executor), other, action);
    }

两个任务必须都完成，触发该任务

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

public static void main(String[] args) {
         CompletableFuture<Integer> future01 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务一线程" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 5;
            System.out.println("任务一返回结果：" + i);
            return i;
        }, executorService);
        CompletableFuture<String> future02 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务二线程" + Thread.currentThread().getId());
            System.out.println("任务二返回");
            return  "hello";
        }, executorService);
        CompletableFuture<String> stringCompletableFuture = future01.thenCombineAsync(future02, (f1, f2) -> {
            return f1 + ":" + f2 + "=>hello";
        }, executorService);
        System.out.println("最终处理结果："+stringCompletableFuture.get());
}

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。

public static void main(String[] args) {
           CompletableFuture<Integer> future01 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务一线程" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 5;
            System.out.println("任务一返回结果：" + i);
            return i;
        }, executorService);
        CompletableFuture<String> future02 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务二线程" + Thread.currentThread().getId());
            System.out.println("任务二返回");
            return  "hello";
        }, executorService);
        future01.thenAcceptBothAsync(future02,(f1,f2)->{
            System.out.println("任务三开始,得到之前的结果f1："+f1+",f2:"+f2);
        },executorService);
    }

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

public static void main(String[] args) { 
CompletableFuture<Integer> future01 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务一线程" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 5;
            System.out.println("任务一返回结果：" + i);
            return i;
        }, executorService);
        CompletableFuture<String> future02 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务二线程" + Thread.currentThread().getId());
            System.out.println("任务二返回");
            return  "hello";
        }, executorService);
        future01.runAfterBothAsync(future02,()->{
            System.out.println("任务三开始");
        },executorService);
    }

两任务组合一任务完成

public <U> CompletableFuture<U> applyToEither(
        CompletionStage<? extends T> other, Function<? super T, U> fn) {
        return orApplyStage(null, other, fn);
    }
    public <U> CompletableFuture<U> applyToEitherAsync(
        CompletionStage<? extends T> other, Function<? super T, U> fn) {
        return orApplyStage(asyncPool, other, fn);
    }
    public <U> CompletableFuture<U> applyToEitherAsync(
        CompletionStage<? extends T> other, Function<? super T, U> fn,
        Executor executor) {
        return orApplyStage(screenExecutor(executor), other, fn);
    }
    public CompletableFuture<Void> acceptEither(
        CompletionStage<? extends T> other, Consumer<? super T> action) {
        return orAcceptStage(null, other, action);
    }
    public CompletableFuture<Void> acceptEitherAsync(
        CompletionStage<? extends T> other, Consumer<? super T> action) {
        return orAcceptStage(asyncPool, other, action);
    }
    public CompletableFuture<Void> acceptEitherAsync(
        CompletionStage<? extends T> other, Consumer<? super T> action,
        Executor executor) {
        return orAcceptStage(screenExecutor(executor), other, action);
    }
    public CompletableFuture<Void> runAfterEither(CompletionStage<?> other,
                                                  Runnable action) {
        return orRunStage(null, other, action);
    }
    public CompletableFuture<Void> runAfterEitherAsync(CompletionStage<?> other,
                                                       Runnable action) {
        return orRunStage(asyncPool, other, action);
    }
    public CompletableFuture<Void> runAfterEitherAsync(CompletionStage<?> other,
                                                       Runnable action,
                                                       Executor executor) {
        return orRunStage(screenExecutor(executor), other, action);
    }

当两个任务中，任意一个 future 任务完成的时候，执行任务

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。

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。

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。

多任务组合

public static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs) {
        return andTree(cfs, 0, cfs.length - 1);
    }
        public static CompletableFuture<Object> anyOf(CompletableFuture<?>... cfs) {
        return orTree(cfs, 0, cfs.length - 1);
    }

allOf：等待所有任务完成

anyOf：只要有一个任务完成

异步和线程池