谷粒商城高级篇 (十三) --------- 异步&线程池

喜欢ヅ旅行 2024-04-06 09:25 20阅读 0赞

#### 目录 ####

*  一、线程回顾
 *   *  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. 业务场景
     *  2. 创建异步对象
     *  3. 计算完成时回调方法
     *  4. handle 方法
     *  5. 线程串行化方法
     *  6. 两任务组合 - 都要完成
     *  7. 两任务组合 - 一个完成
     *  8. 多任务组合
     *  9. 示例

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## 一、线程回顾 ##

### 1. 初始化线程的 4 种方式 ###

**A、继承 Thread**

/* 
    * 1)、继承Thread
    *     Thread01 thread = new Thread01();
    *     thread.start();//启动线程
    */
    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);
        }
    }

**B、实现 Runnable 接口**

/*
    * 2)、实现Runnable接口
    *     Runable01 runable01 = new Runable01();
    *     new Thread(runable01).start();
    */
    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);
        }
    }

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

/*
    * 3)、实现Callable接口 + FutureTask （可以拿到返回结果，可以处理异常）
    *      FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new Callable01());
    *      new Thread(futureTask).start();
    *      //阻塞等待整个线程执行完成，获取返回结果
    *      Integer integer = futureTask.get();
    */
    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;
        }
    }

**D、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。

### 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} isset 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 inthe* 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 maximumtime 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 theyare* 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。
    
    
    //我们以后再业务代码里面，以上三种启动线程的方式都不用。【将所有的多线程异步任务都交给线程池执行】
    
    /*
    4)、线程池[ExecutorService]
    *     给线程池直接提交任务。
    *     service.execute(new Runable01());
    *     1、创建：
    *        1）、Executors
    *        2）、new ThreadPoolExecutor
             Future:可以获取到异步结果
    *
    * 区别:
    *     1、2不能得到返回值。3可以获取返回值
    *     1、2、3都不能控制资源
    *     4可以控制资源，性能稳定。
    */
    
    
     //当前系统中池只有一两个，每个异步任务，提交给线程池让他自己去执行就行
    /**
     * 七大参数
     * corePoolSize:[5] 核心线程数[一直存在除非（allowCoreThreadTimeOut）];  线程池，创建好以后就准备就绪的线程数量，就等待来接受异步任务去执行。
     * 		5个  Thread thread = new Thread();  thread.start();
     * maximumPoolSize:[200] 最大线程数量;  控制资源
     * keepAliveTime: 存活时间。如果当前的线程数量大于 core 数量。
     * 		释放空闲的线程（maximumPoolSize-corePoolSize）。只要线程空闲大于指定的keepAliveTime；
     * unit:时间单位
     * BlockingQueue<Runnable> workQueue:阻塞队列。如果任务有很多，就会将目前多的任务放在队列里面。只要有线程空闲，就会去队列里面取出新的任务继续执行。
     * threadFactory:线程的创建工厂。
     * RejectedExecutionHandler handler:如果队列满了，按照我们指定的拒绝策略拒绝执行任务
     */

**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。

public void thread(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        
        System.out.println("main....start....");
        /**
         * 
       
    //    new Thread(()-> System.out.println("hello")).start();
    
       
         * 工作顺序:
         * 1)、线程池创建，准备好core数量的核心线程，准备接受任务
         * 1.1、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
         * 1.2、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
         * 1.3、max满了就用RejectedExecutionHandler拒绝任务
         * 1.4、max都执行完成，有很多空闲.在指定的时间keepAliveTime以后，释放max-core这些线程
         *
         *      new LinkedBlockingDeque<>()：默认是Integer的最大值。内存不够
         *
         * 一个线程池 core 7； max 20 ，queue：50，100并发进来怎么分配的；
         * 7个会立即得到执行，50个会进入队列，再开13个进行执行。剩下的30个就使用拒绝策略。
         * 如果不想抛弃还要执行。CallerRunsPolicy；
         *
         */
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5,
                200,
                10,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<>(100000),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        System.out.println("main....end....");
    }

**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 个默认拒绝策略。

### 3. 常见的 4 种线程池 ###

**A、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。

**B、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。

**C、newScheduledThreadPool**

> 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

**D、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。

//  Executors.newCachedThreadPool() core是0，所有都可回收
    //  Executors.newFixedThreadPool() 固定大小，core=max；都不可回收
    //  Executors.newScheduledThreadPool() 定时任务的线程池
    //  Executors.newSingleThreadExecutor() 单线程的线程池，后台从队列里面获取任务，挨个执行

### 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 ##

### 1. 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。

![在这里插入图片描述][e5d77c1c64964a939d9269ede0e722e6.png]

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。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。

![在这里插入图片描述][256586eaa233427aaf472e9cb51b96b6.png]

### 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。

![在这里插入图片描述][e40c81f09fa045e396ad97c2eccd0a8c.png]

A、runXxxx 都是没有返回结果的，supplyXxx 都是可以获取返回结果的

B、可以传入自定义的线程池，否则就用默认的线程池；

### 3. 计算完成时回调方法 ###

![在这里插入图片描述][3221449a2420490f9cfa5ea866f744e8.png]

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)。

public class CompletableFutureDemo {
        
    	public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        
    		CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<Object>() {
        
    			@Override
    			public Object get() {
        
    				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\tcompletableFuture");
    				int i = 10 / 0;
    				return 1024;
    			}
    		}).whenComplete(new BiConsumer<Object, Throwable>() {
        
    			@Override
    			public void accept(Object o, Throwable throwable) {
        
    				System.out.println("-------o=" + o.toString());
    				System.out.println("-------throwable=" + throwable);
    			}
    		}).exceptionally(new Function<Throwable, Object>() {
        
    			@Override
    			public Object apply(Throwable throwable) {
        
    				System.out.println("throwable=" + throwable);
    				return 6666;
    			}
    		});
    		System.out.println(future.get());
    	}
    }

### 4. handle 方法 ###

![在这里插入图片描述][15e770c9b9de4cf087411e043f082a11.png]

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

### 5. 线程串行化方法 ###

![在这里插入图片描述][c19b81f300eb40ae83bcb858350c2326.png]

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

### 6. 两任务组合 - 都要完成 ###

![在这里插入图片描述][995bc82f934a4542a0ac84da7ef0d1f3.png]  
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。

### 7. 两任务组合 - 一个完成 ###

![在这里插入图片描述][a7a4db4b398f4d6cb8e6fd8daeac259b.png]

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。

### 8. 多任务组合 ###

![在这里插入图片描述][2b0d2c264cbf4131a0592cc06d5afa20.png]

allOf：等待所有任务完成
    anyOf：只要有一个任务完成

### 9. 示例 ###

package com.fancy.gulimall.search.thread;
    
    import java.util.concurrent.*;
    
    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<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
        
    //          System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getId());
    //          int i = 10 / 2;
    //          System.out.println("运行结果：" + i);
    //      }, executor);
    
            /**
             * 方法完成后的感知
             *          
            */
    //       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,excption)->{
        
    //           //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:"+excption);
    //       }).exceptionally(throwable -> {
        
    //           //可以感知异常，同时返回默认值
    //           return 10;
    //       });
    
    
            /**
             * 方法执行完成后的处理
             */
    //       CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        
    //           System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getId());
    //           int i = 10 / 4;
    //           System.out.println("运行结果：" + i);
    //           return i;
    //       }, executor).handle((res, thr) -> {
        
    //           if (res != null) {
        
    //               return res * 2;
    //           }
    //           if (thr != null) {
        
    //               return 0;
    //           }
    //            return 0;
    //       });
            //R apply(T t, U u);
    
            /**
             * 线程串行化
             * 1）、thenRun：不能获取到上一步的执行结果，无返回值
             *  .thenRunAsync(() -> {
             *             System.out.println("任务2启动了...");
             *         }, executor);
             * 2）、thenAcceptAsync;能接受上一步结果，但是无返回值
             * 3）、thenApplyAsync：;能接受上一步结果，有返回值
             */
    //       CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        
    //           System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getId());
    //           int i = 10 / 4;
    //           System.out.println("运行结果：" + i);
    //           return i;
    //       }, executor).thenApplyAsync(res -> {
        
    //           System.out.println("任务2启动了..." + res);
    //
    //           return "Hello " + res;
    //       }, executor);
            //void accept(T t);
            //R apply(T t);
    
            //future.get()
            /**
             * 两个都完成
             */
    //       CompletableFuture<Object> future01 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        
    //           System.out.println("任务1线程：" + Thread.currentThread().getId());
    //           int i = 10 / 4;
    //           System.out.println("任务1结束：" );
    //           return i;
    //       }, executor);
    //
    //       CompletableFuture<Object> future02 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        
    //           System.out.println("任务2线程：" + Thread.currentThread().getId());
    //
    //           try {
        
    //               Thread.sleep(3000);
    //               System.out.println("任务2结束：" );
    //           } catch (InterruptedException e) {
        
    //               e.printStackTrace();
    //           }
    //           return "Hello";
    //        }, executor);
    
    //     future01.runAfterBothAsync(future02,()->{
        
    //         System.out.println("任务3开始...");
    //     }, executor);
           // void accept(T t, U u);
    //     future01.thenAcceptBothAsync(future02,(f1,f2)->{
        
    //         System.out.println("任务3开始...之前的结果："+f1+"--》"+f2);
    //     }, executor);
           //R apply(T t, U u);
    //     CompletableFuture<String> future = future01.thenCombineAsync(future02, (f1, f2) -> {
        
    //         return f1 + "：" + f2 + " -> Haha";
    //     }, executor);
    
            /**
             * 两个任务，只要有一个完成，我们就执行任务3
             * runAfterEitherAsync：不感知结果，自己没有返回值
             * acceptEitherAsync：感知结果，自己没有返回值
             * applyToEitherAsync：感知结果，自己有返回值
             */
    //        future01.runAfterEitherAsync(future02,()->{
        
    //            System.out.println("任务3开始...之前的结果：");
    //        },executor);
            //void accept(T t);
    //        future01.acceptEitherAsync(future02,(res)->{
        
    //            System.out.println("任务3开始...之前的结果："+res);
    //        },executor);
    //        CompletableFuture<String> future = future01.applyToEitherAsync(future02, res -> {
        
    //            System.out.println("任务3开始...之前的结果：" + res);
    //            return res.toString() + "->哈哈";
    //        }, executor);
    
            CompletableFuture<String> futureImg = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        
                System.out.println("查询商品的图片信息");
                return "hello.jpg";
            },executor);
    
            CompletableFuture<String> futureAttr = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        
                System.out.println("查询商品的属性");
                return "黑色+256G";
            },executor);
    
            CompletableFuture<String> futureDesc = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        
                try {
        
                    Thread.sleep(3000);
                    System.out.println("查询商品介绍");
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
                return "华为";
            },executor);
    
    //      CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(futureImg, futureAttr, futureDesc);
            CompletableFuture<Object> anyOf = CompletableFuture.anyOf(futureImg, futureAttr, futureDesc);
            anyOf.get();//等待所有结果完成
    
    //      System.out.println("main....end...."+futureImg.get()+"=>"+futureAttr.get()+"=>"+futureDesc.get());
            System.out.println("main....end...."+anyOf.get());
    
        }
    }

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