线程、多线程的使用、线程池、异步(CompletableFuture)

文章目录

  • 一:线程
    • 1.1 初始化线程的四种方式
      • 1.1.1 继承 Thread
      • 1.1.2 实现 Runnable 接口
      • 1.1.3 实现 Callable 接口 + FutureTask (可以拿到返回结果,可以处理异常)
      • 1.1.4 线程池(给线程池提交任务)
    • 1.2 线程池
      • 1.2.1 开发中为什么使用线程池
      • 1.2.2 创建线程池
      • 1.2.3 线程池的七大参数
      • 1.2.4 运行流程
      • 1.2.5 常见的 4 种线程池
      • 1.2.6 一个线程池 core 7; max 20 ,queue:50,100 并发进来怎么分配的;
  • 二:CompletableFuture 异步编排
    • 2.1 业务场景
    • 2.2 创建异步对象
    • 2.3 计算完成时回调方法
      • 1)测试whenComplete和exceptionally
    • 2.4 handle 方法——方法完成后的处理
    • 2.5 线程串行化方法
      • 1)thenRun:不能获取到上一步执行结果,无返回值
      • 2)thenAcceptAsync:可以获取到上一步的返回结果,无返回值
      • 3)thenApplyAsync:可以获取到上一步的返回结果,有返回值
    • 2.6 两任务组合 - 都要完成
    • 2.7 两任务组合 - 一个完成
    • 2.8 多任务组合

一:线程

1.1 初始化线程的四种方式

1.1.1 继承 Thread

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main...start...");
        Thread01 thread = new Thread01();
        //启动线程
        thread.start();
        System.out.println("main...end...");
    }
    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);
        }
    }
}

1.1.2 实现 Runnable 接口

/**
 * 测试多线程的使用
 */
public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main...start...");
        Runable01 runable01 = new Runable01();
        new Thread(runable01).start();
        System.out.println("main...end...");
    }
    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);
        }
    }
}

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

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        System.out.println("main...start...");
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new Callable01());
        new Thread(futureTask).start();
        //等待整个异步方法执行完,获取返回结果
        Integer integer = futureTask.get();
        System.out.println("main...end..."+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("运行结果:"+i);
            return i;
        }
    }
}
  • 阻塞等待,需要等所有异步执行完,获取到值,才会返回

1.1.4 线程池(给线程池提交任务)

问:为什么要使用线程池?
答:高并发系统下,内存空间是有限的,会消耗系统资源,导致系统崩溃。应该将所有的异步任务都交给线程池执行,做到资源控制。

public class ThreadTest {
    //当前系统中池只有一两个,每个异步任务,直接提交给线程池
   public static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        System.out.println("main...start...");
        executorService.execute(new Runable01());
        System.out.println("main...end...");
    }
}

总结:

  • 方式 1 和方式 2:主进程无法获取线程的运算结果。无返回值。
  • 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 1 ,方式 2和方式 3,都不可以控制资源
  • 方式4: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。
  • 一般情况下我们都使用线程池去管理线程。

1.2 线程池

1.2.1 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

1.2.2 创建线程池

  • 通过Executors工具类(Executors.newFixedThreadPool(10))
  • new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime,TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue, ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler);

1.2.3 线程池的七大参数

  • corePoolSize:【5】核心线程数;线程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 ,控制资源
  • keepAliveTime: 存活时间,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,拒绝执行任务。

1.2.4 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。

        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5,
                200,
                10,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<>(100000),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
                );

1.2.5 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——创建一个固定大小线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。核心线程等于最大线程,都不可以回收。
  • newScheduledThreadPool——创建一个定时任务线程池,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。

1.2.6 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。

二:CompletableFuture 异步编排

2.1 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。
线程、多线程的使用、线程池、异步(CompletableFuture)_第1张图片
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。

2.2 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。
线程、多线程的使用、线程池、异步(CompletableFuture)_第2张图片
1)CompletableFuture无返回值——runAsync

public static void main(String[] args){
        System.out.println("main...start...");
        CompletableFuture<Void> completableFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("当前线程:" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 2;
            System.out.println("运行结果:" + i);
        }, executorService);
        System.out.println("main...end...");
    }

2)CompletableFuture有返回值——supplyAsync

    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;
        }, executorService);
        Integer integer = future.get();
        System.out.println("main...end..."+ integer);
    }
  • 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;

2.3 计算完成时回调方法

线程、多线程的使用、线程池、异步(CompletableFuture)_第3张图片

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

1)测试whenComplete和exceptionally

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;
        }, executorService).whenComplete((res,exception)->{
            //whenComplete虽然可以得到异常信息,但是没办法修改返回值
            System.out.println("异步任务成功完成。结果是"+res+"异常是"+exception);
        }).exceptionally(throwable -> {
            //exceptionally可以感知,并且返回默认值
            return 10;
        });
        Integer integer = future.get();
        System.out.println("main...end..."+integer);
    }
  • whenComplete虽然可以得到异常信息,但是没办法修改返回值
  • exceptionally可以感知,并且返回默认值

2.4 handle 方法——方法完成后的处理

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        System.out.println("main...start...");
        /**
         * 方法完成后的处理
         */
        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;
        }, executorService).handle((res,thr)->{
            if( res != null ){
                return res*2;
            }
            if( thr!= null ){
                return 0;
            }
            return 0;
        });
        Integer integer = future.get();
        System.out.println("main...end..."+integer);
    }

2.5 线程串行化方法

线程、多线程的使用、线程池、异步(CompletableFuture)_第4张图片

  • 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
    T:上一个任务返回结果的类型
    U:当前任务的返回值类型

1)thenRun:不能获取到上一步执行结果,无返回值

CompletableFuture<Void> 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;
        }, executorService).thenRunAsync(() -> {
            System.out.println("任务2启动了");
        });
        System.out.println("main...end...");

2)thenAcceptAsync:可以获取到上一步的返回结果,无返回值

CompletableFuture<Void> 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;
        }, executorService).thenAcceptAsync((res) -> {
            System.out.println("任务2启动了"+res);
        },executorService);
        System.out.println("main...end...");

3)thenApplyAsync:可以获取到上一步的返回结果,有返回值

CompletableFuture<String> 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).thenApplyAsync((res) -> {
            System.out.println("任务2启动了" + res);
            return "hello" + res;
        }, executor);
        System.out.println("main...end..."+future.get());

2.6 两任务组合 - 都要完成

线程、多线程的使用、线程池、异步(CompletableFuture)_第5张图片线程、多线程的使用、线程池、异步(CompletableFuture)_第6张图片

       /**
         * 两个都完成
         */
        CompletableFuture<Integer> future01 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务一线程:" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 2;
            System.out.println("任务一结束:" + i);
            return i;
        }, executor);
        CompletableFuture<String> future02 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务二线程:" + Thread.currentThread().getId());
            System.out.println("任务二结束");
            return "hello";
        });
        //方式一
        future01.runAfterBothAsync(future02,()->{
            System.out.println("任务三开始");
        },executor);
        //方式二
        future01.thenAcceptBothAsync(future02,(f1,f2)->{
            System.out.println("任务三开始"+f1+"---"+f2);
        },executor);
        //方式三
        CompletableFuture<String> future = future01.thenCombineAsync(future02, (f1, f2) -> {
            return f1 + ":" + f2 + "hahah";
        }, executor);
        System.out.println("main...end..."+future.get());
  • 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。

2.7 两任务组合 - 一个完成

线程、多线程的使用、线程池、异步(CompletableFuture)_第7张图片

        CompletableFuture<Object> future01 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务一线程:" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 2;
            System.out.println("任务一结束:" + i);
            return i;
        }, executor);
        CompletableFuture<Object> future02 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("任务二线程:" + Thread.currentThread().getId());
            try {
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println("任务二结束");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "hello";
        });
        future01.runAfterEitherAsync(future02,()->{
            System.out.println("任务三开始");
        },executor);
        
        future01.acceptEitherAsync(future02,(res)->{
            System.out.println("任务三开始");
        },executor);

         CompletableFuture<String> future = future01.applyToEitherAsync(future02, (res) -> {
            return res.toString();
        }, executor);
        System.out.println("main...end..."+future.get());
  • 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。

2.8 多任务组合

在这里插入图片描述

        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("查询商品的属性信息");
            return "黑色256g";
        },executor);

        CompletableFuture<String> futureDesc = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println("查询商品的介绍");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return "华为";
        },executor);
        //allOf
        CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(futureImg, futureAttr, futureDesc);
        //anyOf
        CompletableFuture<Object> anyOf = CompletableFuture.anyOf(futureImg, futureAttr, futureDesc);
        //allOf.get();//等待所有结果完成
        anyOf.get();
        System.out.println("main...end...");
  • allOf:等待所有任务完成
  • anyOf:只要有一个任务完成

你可能感兴趣的:(线程池,异步,java,jvm,算法)