Java多线程并发-线程池-CompletableFuture

博主： juinjonn
发布时间：2022 年 02 月 24 日
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3816字数
分类：技术

## 线程篇

**线程作用：** 提高系统性能，提高响应时间

### 线程状态

**NEW：**  新建状态，线程被创建出来，但尚未启动时的线程状态；

**RUNNABLE：** 就绪状态，表示可以运行的线程状态，它可能正在运行，或者是在排队等待操作系统给它分配 CPU 资源；

**BLOCKED：** 阻塞等待锁的线程状态，表示处于阻塞状态的线程正在等待监视器锁，比如等待执行 synchronized 代码块或者使用 synchronized 标记的方法；

**WAITING：** 等待状态，一个处于等待状态的线程正在等待另一个线程执行某个特定的动作，比如，一个线程调用了 Object.wait() 方法，那它就在等待另一个线程调用 Object.notify() 或 Object.notifyAll() 方法；

**TIMED_WAITING：** 计时等待状态，和等待状态（WAITING）类似，它只是多了超时时间，比如调用了有超时时间设置的方法 Object.wait(long timeout) 和 Thread.join(long timeout) 等这些方法时，它才会进入此状态；

**TERMINATED：** 终止状态，表示线程已经执行完成

### 线程工作模式

线程的工作模式是，首先先要创建线程并指定线程需要执行的业务方法，然后再调用线程的 start() 方法，此时线程就从 NEW（新建）状态变成了 RUNNABLE（就绪）状态，此时线程会判断要执行的方法中有没有 synchronized 同步代码块，如果有并且其他线程也在使用此锁，那么线程就会变为 BLOCKED（阻塞等待）状态，当其他线程使用完此锁之后，线程会继续执行剩余的方法。

当遇到 Object.wait() 或 Thread.join() 方法时，线程会变为 WAITING（等待状态）状态，如果是带了超时时间的等待方法，那么线程会进入 TIMED_WAITING（计时等待）状态，当有其他线程执行了 notify() 或 notifyAll() 方法之后，线程被唤醒继续执行剩余的业务方法，直到方法执行完成为止，此时整个线程的流程就执行完了，执行流程如下图所示：

![线程工作模式](https://image.juinjonn.com:8888/local/2023/01/13/63c10f425235b.png)

### 代码实例

```java
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    System.out.println("Thread --- 1");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });
//        t1.join();
        t1.start();
```

## 线程池

#### new线程弊端

1. 每次new Thread新建对象性能差。
2. 线程缺乏统一管理，可能无限制新建线程，相互之间竞争，及可能占用过多系统资源导致死机或oom。
3. 缺乏更多功能，如定时执行、定期执行、线程中断。

#### 线程池优点

1. 重用存在的线程，减少对象创建、消亡的开销，性能佳。
2. 可有效控制最大并发线程数，提高系统资源的使用率，同时避免过多资源竞争，避免堵塞。
3. 提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。

##### 新建线程池

```java
ExecutorService threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(4, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(300));
```

###### 参数介绍

**corePoolSize：** 核心线程数
**maximumPoolSize：** 最大线程数
**keepAliveTime：** 线程存活时间
**unit：** 存活时间单位
**workQueue：** 线程队列
**threadFactory：** 线程工厂
**rejectedExecutionHandler：** reject策略

##### 线程池队列介绍

当线程池收到任务时，会首先启用核心线程，当核心线程饱和时，会将待执行的任务放入到队列中，当线程池队列满时，线程池会执行reject策略。

#### 四种线程池介绍

##### 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。
线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。

```java
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
```

##### 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。

```java
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
```

##### newScheduledThreadPool

创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行

```java
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("delay 3 seconds");
    }
}, 3, TimeUnit.SECONDS);
```

schedule：指定时间后只执行一次
scheduleAtFixedRate：以固定频率来执行某项任务
scheduleWithFixedDelay：执行某项任务，当任务执行完后，延迟固定时间后，在去执行这项任务

## JDK8并发编程

### CompletableFuture

CompletableFuture实现了CompletionStage接口和Future接口，前者是对后者的一个扩展，增加了异步回调、流式处理、多个Future组合处理的能力，使Java在处理多任务的协同工作时更加顺畅便利

#### 基础使用

```java
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
 return "hello world";
 });
System.out.println(future.get()); //阻塞的获取结果 ''helllo world"
```

#### get 获取结果

```java
//同步获取结果
public T    get()
public T    get(long timeout, TimeUnit unit)
public T    getNow(T valueIfAbsent)
public T    join()
```

**getNow** 有点特殊，如果结果已经计算完则返回结果或者抛出异常，否则返回给定的valueIfAbsent值。
**join()** 与**get()** 区别在于**join()** 返回计算的结果或者抛出一个unchecked异常(CompletionException)，而**get()** 返回一个具体的异常
**get()** 可以指定超时时间

#### whenComplete

```java
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)
```

上面4个方法是当计算阶段结束的时候触发,**BiConsumer**有两个入参,分别代表计算返回值,另外一个是异常.无返回值.方法不以Async结尾，意味着Action使用相同的线程执行，而Async可能会使用其它的线程去执行(如果使用相同的线程池，也可能会被同一个线程选中执行)。
**示例**

```java
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
 return "hello world";
 });
future.whenCompleteAsync((v,e)->{
 System.out.println("return value:"+v+" exception:"+e);
 });
```

#### thenApply

当计算结算完成之后,后面可以接继续一系列的thenApply,来完成值的转化

```java
public CompletableFuture thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)
public CompletableFuture thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn)
public CompletableFuture thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn, Executor executor)
```

**示例**

```java
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(()->{ 
 return "hello world";
 });

CompletableFuture<String> future3 = future.thenApply((element)->{
 return element+" addPart";
 }).thenApply((element)->{
 return element+" addTwoPart";
 });
System.out.println(future3.get());//hello world addPart addTwoPart
```

#### thenAccept

只对CompletableFuture的结果进行消费,无返回值,也就是最后的CompletableFuture是void

```java
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)
```

**示例**

```java
CompletableFuture future4 = future.thenAccept((e)->{
            System.out.println("without return value");
        });
future4.join();
```

#### thenAcceptBoth

这个方法用来组合两个CompletableFuture,其中一个CompletableFuture等待另一个CompletableFuture的结果.

```java
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
 return "hello world";
 });
CompletableFuture future5 = future.thenAcceptBoth(CompletableFuture.completedFuture("compose"),
 (x, y) -> System.out.println(x+y));//hello world compose
```

最后修改：2023 年 01 月 13 日

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juinjonn • 2022 年 02 月 24 日

## 线程篇

**线程作用：** 提高系统性能，提高响应时间

### 线程状态

**NEW：**  新建状态，线程被创建出来，但尚未启动时的线程状态；

**RUNNABLE：** 就绪状态，表示可以运行的线程状态，它可能正在运行，或者是在排队等待操作系统给它分配 CPU 资源；

**BLOCKED：** 阻塞等待锁的线程状态，表示处于阻塞状态的线程正在等待监视器锁，比如等待执行 synchronized 代码块或者使用 synchronized 标记的方法；

**TERMINATED：** 终止状态，表示线程已经执行完成

### 线程工作模式

![线程工作模式](https://image.juinjonn.com:8888/local/2023/01/13/63c10f425235b.png)

### 代码实例

## 线程池

#### new线程弊端

#### 线程池优点

##### 新建线程池

```java
ExecutorService threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(4, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(300));
```

###### 参数介绍

##### 线程池队列介绍

当线程池收到任务时，会首先启用核心线程，当核心线程饱和时，会将待执行的任务放入到队列中，当线程池队列满时，线程池会执行reject策略。

#### 四种线程池介绍

##### newCachedThreadPool

```java
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
```

##### 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。

```java
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
```

##### newScheduledThreadPool

创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行

## JDK8并发编程

### CompletableFuture

#### 基础使用

```java
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(()->{
 return "hello world";
 });
System.out.println(future.get()); //阻塞的获取结果 ''helllo world"
```

#### get 获取结果

```java
//同步获取结果
public T    get()
public T    get(long timeout, TimeUnit unit)
public T    getNow(T valueIfAbsent)
public T    join()
```

#### whenComplete

#### thenApply

当计算结算完成之后,后面可以接继续一系列的thenApply,来完成值的转化

**示例**

```java
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(()->{ 
 return "hello world";
 });

#### thenAccept

只对CompletableFuture的结果进行消费,无返回值,也就是最后的CompletableFuture是void

**示例**

```java
CompletableFuture future4 = future.thenAccept((e)->{
            System.out.println("without return value");
        });
future4.join();
```

#### thenAcceptBoth

这个方法用来组合两个CompletableFuture,其中一个CompletableFuture等待另一个CompletableFuture的结果.

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