线程池和CompletableFuture异步编排处理详解

一、线程的实现方式

1.线程的实现方式

1.1 继承Thread类

class ThreadDemo01 extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

1.2 实现Runnable接口

class ThreadDemo02 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

1.3 实现Callable接口

class MyCallable implements Callable<Integer>{
    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName());
        return 10;
    }
}

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        System.out.println("main方法执行了...");
        ThreadDemo01 t1 = new ThreadDemo01();
        t1.start();

        ThreadDemo02 t2 = new ThreadDemo02();
        new Thread(t2).start();
        new Thread(()->{
            System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getName());
        }).start();

        // 通过Callable接口来实现  FutureTask 本质上是一个Runnable接口
        FutureTask futureTask = new FutureTask(new MyCallable());
        Thread t3 = new Thread(futureTask);
        t3.start();
        // 阻塞等待子线程的执行完成，然后获取线程的返回结果
        Object o = futureTask.get();
        System.out.println("o = " + o);
        System.out.println("main方法结束了...");
    }

2.线程池的实现

    上面的三种获取线程的方法是直接获取，没有对线程做相关的管理，这时可以通过线程池来更加高效的管理线程对象。

// 定义一个线程池对象
    private static ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);

     然后我们就可以通过这个线程池对象来获取对应的线程

 service.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("线程池--》当前线程:" + Thread.currentThread().getName());
            }
        });

3.获取线程的区别

通过上面的介绍我们发现获取线程的方式

• 继承Thread对象
• 实现Runnable接口
• 实现Callable接口
• 线程池

继承Thread对象和实现Runnable接口没有办法获取返回结果的，对于这两种方式，继承Thread类不能够实现线程变量资源共享，而实现Runnable接口是可以实现资源变量共享的。实现Callable接口可以获取线程的返回结果。当然这三种方式都不能控制我们的资源，线程池可以控制资源。

二、线程池的详解

1.线程池的创建方式

• 通过Executors的静态方法
• 通过 new ThreadPoolExecutor方式创建

七大参数的作用

参数	作用
corePoolSize	核心线程数，线程池创建好后就准备就绪的线程数量，一直存在
maximumPoolSize	最大线程数量，控制资源
keepAliveTime	存活时间，如果当前线程数量如果大于核心线程数量，释放空闲的线程，<br />最大线程-核心数量
unit	时间单位
BlockingQueue	阻塞队列，如果任务很多，就会把多的任务放在队列中
threadFactory	线程的工厂
handler	如果队列满了，按照指定的拒绝策略执行任务

 /**
     * 线程池详解
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        // 第一种获取的方式
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        // 第二种方式： 直接new ThreadPoolExecutor()对象，并且手动的指定对应的参数
        // corePoolSize:线程池的核心线程数量 线程池创建出来后就会 new Thread() 5个
        // maximumPoolSize:最大的线程数量，线程池支持的最大的线程数
        // keepAliveTime:存活时间，当线程数大于核心线程，空闲的线程的存活时间 8-5=3
        // unit:存活时间的单位
        // BlockingQueue<Runnable> workQueue:阻塞队列 当线程数超过了核心线程数据，那么新的请求到来的时候会加入到阻塞的队列中
        // new LinkedBlockingQueue<>() 默认队列的长度是 Integer.MAX 那这个就太大了，所以我们需要指定队列的长度
        // threadFactory:创建线程的工厂对象
        // RejectedExecutionHandler handler:当线程数大于最大线程数的时候会执行的淘汰策略
        ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5
                , 100
                , 10
                , TimeUnit.SECONDS
                , new LinkedBlockingQueue<>(10000)
                , Executors.defaultThreadFactory()
                , new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
        );
        poolExecutor.execute(()->{
            System.out.println("----->" + Thread.currentThread().getName());
        });
    }

2.线程池的执行顺序

• 1.先判断核心线程是否已满，未满分配线程
• 2.任务队列是否已满，未满放入队列
• 3.是否达到最大的线程数量，未达到创建新的线程
• 4.通过对应的reject指定的拒绝策略进行处理

线程池的面试题：

• 有一个线程池，core：5，max：50，queue：100，如果并发是200，那么线程池是怎么处理的？
• 首先 200个中的前面5个会直接被核心线程处理，然后6个到105个会加入到阻塞队列中，然后106到155的请求在最大线程数中，那么会创建对应的线程来处理这些请求，之后剩下的45个请求会被直接放弃

3.线程池的好处

• 降低资源消耗
• 提高响应速度
• 提高线程的管理

三、CompletableFuture

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1.ComplatableFuture介绍

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。

2.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。

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)

方法分为两类：

• runAsync 没有返回结果
• supplyAsync 有返回结果

    private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5
            ,50
            ,10
            , TimeUnit.SECONDS
            ,new LinkedBlockingQueue<>(100)
            , Executors.defaultThreadFactory()
            ,new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
    );

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        System.out.println("main -- 线程开始了...");
        // 获取CompletableFuture对象
        CompletableFuture<Void> voidCompletableFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("线程开始了...");
            int i = 100/50;
            System.out.println("线程结束了...");
        },executor);
        System.out.println("main -- 线程结束了...");

        System.out.println("------------");
        CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("线程开始了...");
            int i = 100 / 50;
            System.out.println("线程结束了...");
            return i;
        }, executor);
        System.out.println("获取的线程的返回结果是：" + future.get() );
    }

3.whenXXX和handle方法

当CompletableFuture的计算结果完成，或者抛出异常的时候，可以执行特定的Action。主要是下面的方法：

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);

public <U> CompletableFuture<U> handle(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn) ;
public <U> CompletableFuture<U> handleAsync(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn) ;
public <U> CompletableFuture<U> handleAsync(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn, Executor executor) ;

相关方法的说明:

• whenComplete 可以获取异步任务的返回值和抛出的异常信息，但是不能修改返回结果
• execptionlly 当异步任务跑出了异常后会触发的方法，如果没有抛出异常该方法不会执行
• handle 可以获取异步任务的返回值和抛出的异常信息，而且可以显示的修改返回的结果

/**
 * CompletableFuture的介绍
 */
public class CompletableFutureDemo2 {

    private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5
            ,50
            ,10
            , TimeUnit.SECONDS
            ,new LinkedBlockingQueue<>(100)
            , Executors.defaultThreadFactory()
            ,new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
    );

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("线程开始了...");
            int i = 100 / 5;
            System.out.println("线程结束了...");
            return i;
        }, executor).handle((res,exec)->{
            System.out.println("res = " + res + ":exec="+exec);
            return res * 10;
        });
        // 可以处理异步任务之后的操作
        System.out.println("获取的线程的返回结果是：" + future.get() );
    }

 /*   public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("线程开始了...");
            int i = 100 / 5;
            System.out.println("线程结束了...");
            return i;
        }, executor).whenCompleteAsync((res,exec)->{
            System.out.println("res = " + res);
            System.out.println("exec = " + exec);
        }).exceptionally((res)->{ // 在异步任务显示的抛出了异常后才会触发的方法
            System.out.println("res = " + res);
            return 10;
        });
        // 可以处理异步任务之后的操作
        System.out.println("获取的线程的返回结果是：" + future.get() );
    }*/

/*    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("线程开始了...");
            int i = 100 / 0;
            System.out.println("线程结束了...");
            return i;
        }, executor).whenCompleteAsync((res,exec)->{
            System.out.println("res = " + res);
            System.out.println("exec = " + exec);
        });
        // 可以处理异步任务之后的操作
        System.out.println("获取的线程的返回结果是：" + future.get() );
    }*/
}

4.线程串行方法

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 CompletionStage<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action);
public CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action);
public CompletionStage<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action,Executor executor);

public CompletionStage<Void> thenRun(Runnable action);
public CompletionStage<Void> thenRunAsync(Runnable action);
public CompletionStage<Void> thenRunAsync(Runnable action,Executor executor);

相关方法的说明:

• 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。这里所谓的异步指的是不在当前线程内执行。

/**
 * CompletableFuture的介绍
 */
public class CompletableFutureDemo3 {

    private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5
            ,50
            ,10
            , TimeUnit.SECONDS
            ,new LinkedBlockingQueue<>(100)
            , Executors.defaultThreadFactory()
            ,new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
    );

    /**
     * 线程串行的方法
     * thenRun:在前一个线程执行完成后，开始执行，不会获取前一个线程的返回结果，也不会返回信息
     * thenAccept:在前一个线程执行完成后，开始执行，获取前一个线程的返回结果，不会返回信息
     * thenApply: 在前一个线程执行完成后。开始执行，获取前一个线程的返回结果，同时也会返回信息
     * @param args
     * @throws ExecutionException
     * @throws InterruptedException
     */
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("线程开始了..." + Thread.currentThread().getName());
            int i = 100 / 5;
            System.out.println("线程结束了..." + Thread.currentThread().getName());
            return i;
        }, executor).thenApply(res -> {
            System.out.println("res = " + res);
            return res * 100;
        });
        // 可以处理异步任务之后的操作
        System.out.println("获取的线程的返回结果是：" + future.get() );
    }
    /*public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<Void> voidCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("线程开始了..." + Thread.currentThread().getName());
            int i = 100 / 5;
            System.out.println("线程结束了..." + Thread.currentThread().getName());
            return i;
        }, executor).thenAcceptAsync(res -> {
            System.out.println(res + ":" + Thread.currentThread().getName());
        }, executor);
        // 可以处理异步任务之后的操作
        //System.out.println("获取的线程的返回结果是：" + future.get() );
    }*/
    /*public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<Void> voidCompletableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("线程开始了..."+Thread.currentThread().getName());
            int i = 100 / 5;
            System.out.println("线程结束了..."+Thread.currentThread().getName());
            return i;
        }, executor).thenRunAsync(() -> {
            System.out.println("线程开始了..."+Thread.currentThread().getName());
            int i = 100 / 5;
            System.out.println("线程结束了..."+Thread.currentThread().getName());
        }, executor);
        // 可以处理异步任务之后的操作
        //System.out.println("获取的线程的返回结果是：" + future.get() );
    }*/

}

5.两个都完成

上面介绍的相关方法都是串行的执行，接下来看看需要等待两个任务执行完成后才会触发的几个方法

• thenCombine ：可以获取前面两线程的返回结果，本身也有返回结果
• thenAcceptBoth:可以获取前面两线程的返回结果，本身没有返回结果
• runAfterBoth：不可以获取前面两线程的返回结果，本身也没有返回结果

/**
     * @param args
     * @throws ExecutionException
     * @throws InterruptedException
     */
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务1 线程开始了..." + Thread.currentThread().getName());
            int i = 100 / 5;
            System.out.println("任务1 线程结束了..." + Thread.currentThread().getName());
            return i;
        }, executor);
        CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务2 线程开始了..." + Thread.currentThread().getName());
            int i = 100 /10;
            System.out.println("任务2 线程结束了..." + Thread.currentThread().getName());
            return i;
        }, executor);

        // runAfterBothAsync 不能获取前面两个线程的返回结果，本身也没有返回结果
        CompletableFuture<Void> voidCompletableFuture = future1.runAfterBothAsync(future2, () -> {
            System.out.println("任务3执行了");
        },executor);

        // thenAcceptBothAsync 可以获取前面两个线程的返回结果，本身没有返回结果
        CompletableFuture<Void> voidCompletableFuture1 = future1.thenAcceptBothAsync(future2, (f1, f2) -> {
            System.out.println("f1 = " + f1);
            System.out.println("f2 = " + f2);
        }, executor);

        // thenCombineAsync: 既可以获取前面两个线程的返回结果，同时也会返回结果给阻塞的线程
        CompletableFuture<String> stringCompletableFuture = future1.thenCombineAsync(future2, (f1, f2) -> {
            return f1 + ":" + f2;
        }, executor);

        // 可以处理异步任务之后的操作
        System.out.println("获取的线程的返回结果是：" + stringCompletableFuture.get() );
    }

6.两个任务完成一个

在上面5个基础上我们来看看两个任务只要有一个完成就会触发任务3的情况

• runAfterEither:不能获取完成的线程的返回结果，自身也没有返回结果
• acceptEither:可以获取线程的返回结果，自身没有返回结果
• applyToEither:既可以获取线程的返回结果，自身也有返回结果

/**
     * @param args
     * @throws ExecutionException
     * @throws InterruptedException
     */
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<Object> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务1 线程开始了..." + Thread.currentThread().getName());
            int i = 100 / 5;
            System.out.println("任务1 线程结束了..." + Thread.currentThread().getName());
            return i;
        }, executor);
        CompletableFuture<Object> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务2 线程开始了..." + Thread.currentThread().getName());
            int i = 100 /10;
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("任务2 线程结束了..." + Thread.currentThread().getName());
            return i+"";
        }, executor);
        // runAfterEitherAsync 不能获取前面完成的线程的返回结果，自身也没有返回结果
        future1.runAfterEitherAsync(future2,()->{
            System.out.println("任务3执行了....");
        },executor);

        // acceptEitherAsync 可以获取前面完成的线程的返回结果  自身没有返回结果
        future1.acceptEitherAsync(future2,(res)->{
            System.out.println("res = " + res);
        },executor);

        // applyToEitherAsync 既可以获取完成任务的线程的返回结果  自身也有返回结果
        CompletableFuture<String> stringCompletableFuture = future1.applyToEitherAsync(future2, (res) -> {
            System.out.println("res = " + res);
            return res + "-->OK";
        }, executor);
        // 可以处理异步任务之后的操作
        System.out.println("获取的线程的返回结果是：" + stringCompletableFuture.get() );
    }

7.多任务组合

allOf：等待所有任务完成

anyOf：只要有一个任务完成

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

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

/**
     * @param args
     * @throws ExecutionException
     * @throws InterruptedException
     */
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        CompletableFuture<Object> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务1 线程开始了..." + Thread.currentThread().getName());
            int i = 100 / 5;
            System.out.println("任务1 线程结束了..." + Thread.currentThread().getName());
            return i;
        }, executor);
        CompletableFuture<Object> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务2 线程开始了..." + Thread.currentThread().getName());
            int i = 100 /10;
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("任务2 线程结束了..." + Thread.currentThread().getName());
            return i+"";
        }, executor);

        CompletableFuture<Object> future3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务3 线程开始了..." + Thread.currentThread().getName());
            int i = 100 /10;
            System.out.println("任务3 线程结束了..." + Thread.currentThread().getName());
            return i+"";
        }, executor);

        CompletableFuture<Object> anyOf = CompletableFuture.anyOf(future1, future2, future3);
        anyOf.get();
        System.out.println("主任务执行完成..." + anyOf.get());

        CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(future1, future2, future3);
        allOf.get();// 阻塞在这个位置，等待所有的任务执行完成
        System.out.println("主任务执行完成..." + future1.get() + " :" + future2.get() + " :" + future3.get());
    }