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多线程之异步编排实例详解

飞熊 • • 后端笔记 • 阅读 285

得意时要看淡，失意时要看开。不论得意失意，切莫大意;不论成功失败，切莫止步。志得意满时，需要的是淡然，给自己留一条退路;失意落魄时，需要的是泰然，给自己觅一条出路多线程之异步编排实例详解，希望对大家有帮助，欢迎收藏，转发！站点地址：www.bmabk.com，来源：原文

一.回顾多线程

目录

一.回顾多线程

1、初始化线程的 4 种方式

2.线程池的七大参数

3、常见的 4 种线程池

4、开发中为什么使用线程池

二、CompletableFuture 异步编排

1、创建异步对象

2、计算完成时回调方法 

3、handle 方法

4、线程串行化方法

5、两任务组合 – 都要完成

6、两任务组合 – 一个完成

7、多任务组合

 

1、初始化线程的 4 种方式

1）、继承 Thread

Thread thread = new Thread01();
thread.start();

2）、实现 Runnable 接口

Runnable01 runnable01 = new Runnable01();
new Thread(runnable01).start();

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

FutureTask futureTask = new FutureTask<>(new Callable01());
new Thread(futureTask).start();
// 阻塞等待线程执行完成，获取返回结果
Integer i = (Integer) futureTask.get();

4）、线程池

public static ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
service.execute(new Runnable01());

        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, 
区别：
Thread与Runnable无法获取返回值，Callable可获取返回值
Thread与Runnable、Callable可不能控制资源，线程池可控制资源
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。

2.线程池的七大参数

/**
     * Creates a new {@code ThreadPoolExecutor} with the given initial
     * parameters.
     *
     * @param corePoolSize the number of threads to keep in the pool, even
     *        if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set
     * @param maximumPoolSize the maximum number of threads to allow in the
     *        pool
     * @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.
     * @param unit the time unit for the {@code keepAliveTime} argument
     * @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.
     * @param threadFactory the factory to use when the executor
     *        creates a new thread
     * @param handler the handler to use when execution is blocked
     *        because the thread bounds and queue capacities are reached
     * @throws IllegalArgumentException if one of the following holds:<br>
     *         {@code corePoolSize < 0}<br>
     *         {@code keepAliveTime < 0}<br>
     *         {@code maximumPoolSize <= 0}<br>
     *         {@code maximumPoolSize < corePoolSize}
     * @throws NullPointerException if {@code workQueue}
     *         or {@code threadFactory} or {@code handler} is null
     */
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

七大核心参数: 

corePoolSize:核心线程数，在线程池创建完后就准备就绪的线程数量，等待接收异步任务。

maximumPoolSize：最大线程数量，控制资源

keepAliveTime：存活时间。如果当前线程数量大于核心线程数，如果线程的空闲时间大于指定的keepAliveTime则会释放线程（最大线程数-核心线程数）

unit：时间单位

BlockingQueue<Runnable> workQueue：阻塞队列。如果任务过多，就会将当前多的任务置入队列中(使用Runable execute提交的任务)，当有空闲的线程时，则会去队列中取出任务并执行。

ThreadFactory：创建线程的工厂

RejectedExecutionHandler handler：如果队列满了，按照指定的拒绝策略拒绝执行任务

阻塞队列中的无界队列与有界队列:

有界队列：就是有固定大小的队列。比如设定了固定大小的 LinkedBlockingQueue，又或者大小为 0，只是在生产者和消费者中做中转用的 SynchronousQueue。

无界队列：指的是没有设置固定大小的队列。这些队列的特点是可以直接入列，直到溢出。当然现实几乎不会有到这么大的容量（超过 Integer.MAX_VALUE），所以从使用者的体验上，就相当于 “无界”。比如没有设定固定大小的 LinkedBlockingQueue。

*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) 、如果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

3、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

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。

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       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 即可完成相应。

        Future 是 Java 5 添加的类，用来描述一个异步计算的结果。你可以使用`isDone`方法检查计算是否完成，或者使用`get`阻塞住调用线程，直到计算完成返回结果，你也可以使用`cancel` 方法停止任务的执行。

         虽然`Future`以及相关使用方法提供了异步执行任务的能力，但是对于结果的获取却是很不方便，只能通过阻塞或者轮询的方式得到任务的结果。阻塞的方式显然和我们的异步编程的初衷相违背，轮询的方式又会耗费无谓的 CPU 资源，而且也不能及时地得到计算结果，为什么不能用观察者设计模式当计算结果完成及时通知监听者呢？

         很多语言，比如 Node.js，采用回调的方式实现异步编程。Java 的一些框架，比如 Netty，自 己扩展了 Java 的 `Future`接口，提供了`addListener`等多个扩展方法；Google guava 也提供了 通用的扩展 Future；Scala 也提供了简单易用且功能强大的 Future/Promise 异步编程模式。

        作为正统的 Java 类库，是不是应该做点什么，加强一下自身库的功能呢？

        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。

5329b3b6a74849139d7d57b8824a7687.png

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。

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)

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，否则就用默认的线程池；

2、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（成功回调），exceptionally 处理异常情况（异常回调）。

whenComplete 和 whenCompleteAsync 的区别：

         whenComplete：是执行当前任务的线程继续执行 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）

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        System.out.println("Main...Start...."+Thread.currentThread());
        // supplyAsync 可获取返回值
        CompletableFuture<Integer> result = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread());
            int i = 10 / 0;
            System.out.println("运行结果：" + i);
            return i;
        }, threadPool).whenCompleteAsync((res,exception)->{
            // 当上面的任务执行完成，能得到结果和异常信息，但无法修改返回值
            System.out.println("异步任务完成,结果为："+res+",异常为："+exception);
        }).exceptionally(throwable -> {
            // 可以感知异常，同时返回默认值
            return 101;
        });
        Integer integer = result.get();
        System.out.println("Main...End...."+integer);

    }

结果：

Main...Start....Thread[main,5,main]
当前线程Thread[pool-1-thread-1,5,main]
异步任务完成,结果为：null,异常为：java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.ArithmeticException: / by zero
Main...End....101

类似与ES6中 Promise的 then 和 reject；

3、handle 方法

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        /**
         * 方法执行完成后的处理
         */
        System.out.println("Main...Start...."+Thread.currentThread());
        CompletableFuture<Integer> result = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread());
            int i = 10 / 2;
            System.out.println("运行结果：" + i);
            return i;
        }, threadPool).handle((res,throwable)->{
            // handle可获取到返回值并可进行修改，且可以感知异常，并修改返回值
            if(res!=null && throwable==null){
                return res;
            }else{
                return 0;
            }
        });
        Integer integer = result.get();
        System.out.println("Main...End...."+integer);

    }

结果:

Main...Start....Thread[main,5,main]
当前线程Thread[pool-1-thread-1,5,main]
Main...End....0

4、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)

thenApply 方法：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。

thenAccept 方法：消费处理结果。接收任务的处理结果，并消费处理，无返回结果。

thenRun 方法：只要上面的任务执行完成，就开始执行 thenRun，只是处理完任务后，执行 thenRun 的后续操作

带有 Async 默认是异步执行的。同之前。

以上都要前置任务成功完成。

Function<? super T,? extends U>

        T：上一个任务返回结果的类型

        U：当前任务的返回值类型

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        /**
         * 线程串行化
         *  1、thenRunAsync：无法获取上一步的执行结果,无返回值
         *  .thenRunAsync(() -> {
         *             System.out.println("任务2启动了");
         *         },threadPool)
         *  2、thenAcceptAsync：能获取到上一步的返回值，无返回值
         *  .thenAcceptAsync(res -> {
         *             System.out.println("任务2启动了"+res);
         *         },threadPool)
         *  3、thenApplyAsync：既能获取到上一步的返回值，有返回值
         */
        System.out.println("Main...Start...."+Thread.currentThread());
        CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread());
            int i = 10 / 2;
            System.out.println("运行结果：" + i);
            return i;
        }, threadPool).thenApplyAsync(res->{
            System.out.println("任务2启动了"+res);
            return "hello,"+res;
        },threadPool);
        //future.get() 获取返回值，会阻塞
        System.out.println("Main...End...."+future.get());

    }

结果:

Main...Start....Thread[main,5,main]
当前线程Thread[pool-1-thread-1,5,main]
运行结果：5
任务2启动了5
Main...End....hello,5

5、两任务组合 – 都要完成

public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombine(CompletionStage<? extends U> other,BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn)
public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombineAsync(CompletionStage<? extends U> other,BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn)
public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombineAsync(CompletionStage<? extends U> other,BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn, Executor executor)
public <U> CompletableFuture<Void> thenAcceptBoth(CompletionStage<? extends U> other,BiConsumer<? super T, ? super U> action)
public <U> CompletableFuture<Void> thenAcceptBoth(CompletionStage<? extends U> other,BiConsumer<? super T, ? super U> action)
public <U> CompletableFuture<Void> thenAcceptBothAsync(CompletionStage<? extends U> other,BiConsumer<? super T, ? super U> action, Executor executor)
public CompletableFuture<Void> runAfterBoth(CompletionStage<?> other,Runnable action)
public CompletableFuture<Void> runAfterBothAsync(CompletionStage<?> other,Runnable action)
public CompletableFuture<Void> runAfterBothAsync(CompletionStage<?> other,Runnable action,Executor executor)

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。

 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。

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。

示例：

先创建两个任务

/**
 * 两个都完成
 */
System.out.println("Main...Start...."+Thread.currentThread());
CompletableFuture<Integer> future01 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("任务1开始" + Thread.currentThread().getId());
    int i = 10 / 2 ;
    System.out.println("任务1结束");
    return i;
}, threadPool);

CompletableFuture<String> future02 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("任务2开始"+Thread.currentThread().getId());
    System.out.println("任务2结束");
    return "Hello";
}, threadPool);

使用 runAfterBothAsync （无法获取之前任务执行的结果）：

future01.runAfterBothAsync(future02,()->{
    System.out.println("任务3启动");
},threadPool);

// 结果：

Main...Start....Thread[main,5,main]
任务1开始12
任务1结束
任务2开始13
任务2结束
任务3启动

使用 thenAcceptBothAsync（可获取之前任务执行的结果，但不能返回）：

future01.thenAcceptBothAsync(future02,(f1,f2)->{
    System.out.println("任务3开始----f1结果:"+f1+"===f2结果"+f2);
},threadPool);

// 结果：

Main...Start....Thread[main,5,main]
任务1开始12
任务1结束
任务2开始13
任务2结束
任务3开始----f1结果:5===f2结果Hello

使用 thenCombineAsync（可获取之前任务执行的结果，可修改并返回结果）：

CompletableFuture<String> future = future01.thenCombineAsync(future02, (f1, f2) -> {
    return f1 +"："+ f2 + "--->Hello";
}, threadPool);
System.out.println("Main...End...."+future.get());

// 结果：
Main...Start....Thread[main,5,main]
任务1开始12
任务1结束
任务2开始13
任务2结束
Main...End....5：Hello--->Hello

6、两任务组合 – 一个完成

public CompletableFuture<Void> runAfterEither(CompletionStage<?> other,Runnable action)
public CompletableFuture<Void> runAfterEitherAsync(CompletionStage<?> other,Runnable action)
public CompletableFuture<Void> runAfterEitherAsync(CompletionStage<?> other,Runnable action,Executor executor)
public CompletableFuture<Void> acceptEither(CompletionStage<? extends T> other, Consumer<? super T> action)
public CompletableFuture<Void> acceptEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other, Consumer<? super T> action)
public CompletableFuture<Void> acceptEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other, Consumer<? super T> action,Executor executor)
public <U> CompletableFuture<U> applyToEither(CompletionStage<? extends T> other, Function<? super T, U> fn)
public <U> CompletableFuture<U> applyToEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other, Function<? super T, U> fn)
public <U> CompletableFuture<U> applyToEitherAsync(CompletionStage<? extends T> other, Function<? super T, U> fn,Executor executor)

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。

7、多任务组合

public static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs)
public static CompletableFuture<Object> anyOf(CompletableFuture<?>... cfs)

allOf：等待所有任务完成

anyOf：只要有一个任务完成

示例：

创建三个任务模拟用户载入首页时的数据获取

CompletableFuture<String> futureImg = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("查询商品图片信息");
    return "hello.jpg";
}, threadPool);

CompletableFuture<String> futureAttr = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("查询商品属性");
    return "白色+1TB";
}, threadPool);

CompletableFuture<String> futureDesc = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("查询商品介绍");
    return "Apple";
}, threadPool);

使用 allOf ：

CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(futureImg, futureAttr, futureDesc);

allOf.get(); // 等待所有任务执行完成 返回结果

// 获取所有任务的执行结果
System.out.println("Main...End...."+futureImg.get()+"===>"+futureAttr.get()+"===>"+futureDesc.get());

// 结果：
Main...Start....Thread[main,5,main]
查询商品图片信息
查询商品属性
查询商品介绍
Main...End....hello.jpg===>白色+1TB===>Apple

使用 anyOf ：

CompletableFuture<Object> anyOf = CompletableFuture.anyOf(futureImg, futureAttr, futureDesc);
anyOf.get(); // 有一个任务执行完成 返回结果

// 获取所有任务的执行结果
System.out.println("Main...End...."+anyOf.get());

// 结果：
Main...Start....Thread[main,5,main]
查询商品图片信息
查询商品属性
Main...End....hello.jpg
查询商品介绍

 

 

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