CompletableFuture异步和线程池讲解

Posted 2021-11-02 咖啡加糖

一、线程回顾

1、初始化线程的 4 种方式

1）、继承 Thread

2）、实现 Runnable 接口

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

4）、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

corePoolSize：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

keepAliveTime：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

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。

 

 

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。

 

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。

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。

 

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。

 

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。

 

 

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。

 

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；

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);

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);
Integer result = future.get();

 

2、计算完成时回调方法

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）

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,exception) -> {
             //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：" + exception);
         }).exceptionally(throwable -> {
             //可以感知异常，同时返回默认值
             return 10;
         });

 

3、handle 方法

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。

/**
         * 方法执行完后端处理
         */
         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;
         }, executor).handle((result,thr) -> {
             if (result != null) {
                 return result * 2;
             }
             if (thr != null) {
                 System.out.println("异步任务成功完成了...结果是：" + result + "异常是：" + thr);
                 return 0;
             }
             return 0;
         });

 

4、线程串行化方法

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

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());

 

 

5、两任务组合 - 都要完成

 

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。

 

6、两任务组合 - 一个完成

 

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

allOf：等待所有任务完成

anyOf：只要有一个任务完成

 

三.案例

1.MyThreadConfig.java

//@EnableConfigurationProperties(ThreadPoolConfigProperties.class)
@Configuration
public class MyThreadConfig {


    @Bean
    public ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor(ThreadPoolConfigProperties pool) {
        return new ThreadPoolExecutor(
                pool.getCoreSize(),
                pool.getMaxSize(),
                pool.getKeepAliveTime(),
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<>(100000),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
        );
    }

}

 

2.ThreadPoolConfigProperties.java

@ConfigurationProperties(prefix = "gulimall.thread")
@Component
@Data
public class ThreadPoolConfigProperties {

    private Integer coreSize;

    private Integer maxSize;

    private Integer keepAliveTime;


}

 

3.使用异步线程

@Service("skuInfoService")
public class SkuInfoServiceImpl extends ServiceImpl<SkuInfoDao, SkuInfoEntity> implements SkuInfoService {
    @Resource
    private ThreadPoolExecutor executor;

    
    @Override
    public SkuItemVo item(Long skuId) throws ExecutionException, InterruptedException {

        SkuItemVo skuItemVo = new SkuItemVo();

        CompletableFuture<SkuInfoEntity> infoFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            //1、sku基本信息的获取  pms_sku_info
            SkuInfoEntity info = this.getById(skuId);
            skuItemVo.setInfo(info);
            return info;
        }, executor);


        CompletableFuture<Void> saleAttrFuture = infoFuture.thenAcceptAsync((res) -> {
            //3、获取spu的销售属性组合
            List<SkuItemSaleAttrVo> saleAttrVos = skuSaleAttrValueService.getSaleAttrBySpuId(res.getSpuId());
            skuItemVo.setSaleAttr(saleAttrVos);
        }, executor);


        CompletableFuture<Void> descFuture = infoFuture.thenAcceptAsync((res) -> {
            //4、获取spu的介绍    pms_spu_info_desc
            SpuInfoDescEntity spuInfoDescEntity = spuInfoDescService.getById(res.getSpuId());
            skuItemVo.setDesc(spuInfoDescEntity);
        }, executor);


        CompletableFuture<Void> baseAttrFuture = infoFuture.thenAcceptAsync((res) -> {
            //5、获取spu的规格参数信息
            List<SpuItemAttrGroupVo> attrGroupVos = attrGroupService.getAttrGroupWithAttrsBySpuId(res.getSpuId(), res.getCatalogId());
            skuItemVo.setGroupAttrs(attrGroupVos);
        }, executor);


        // Long spuId = info.getSpuId();
        // Long catalogId = info.getCatalogId();

        //2、sku的图片信息    pms_sku_images
        CompletableFuture<Void> imageFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            List<SkuImagesEntity> imagesEntities = skuImagesService.getImagesBySkuId(skuId);
            skuItemVo.setImages(imagesEntities);
        }, executor);

        CompletableFuture<Void> seckillFuture = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            //3、远程调用查询当前sku是否参与秒杀优惠活动
            R skuSeckilInfo = seckillFeignService.getSkuSeckilInfo(skuId);
            if (skuSeckilInfo.getCode() == 0) {
                //查询成功
                SeckillSkuVo seckilInfoData = skuSeckilInfo.getData("data", new TypeReference<SeckillSkuVo>() {
                });
                skuItemVo.setSeckillSkuVo(seckilInfoData);

                if (seckilInfoData != null) {
                    long currentTime = System.currentTimeMillis();
                    if (currentTime > seckilInfoData.getEndTime()) {
                        skuItemVo.setSeckillSkuVo(null);
                    }
                }
            }
        }, executor);


        //等到所有任务都完成
        CompletableFuture.allOf(saleAttrFuture,descFuture,baseAttrFuture,imageFuture,seckillFuture).get();

        return skuItemVo;
    }

}

 

线程异步编排串行（CompletableFuture）

美图

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

无返回值

• 不需要指定线程池，使用默认线程池

CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable);

• 需要指定线程池，使用指定线程池

CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable, Executor executor)

有返回

• 不需要指定线程池，使用默认线程池

CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)

• 需要指定线程池，使用指定线程池

CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)

示例

CompletableFuture.runAsync(() -> System.out.println("runAsync"));

Integer integer = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 100).get();

线程执行之后的回调

在上个线程中继续执行下一步操作

CompletableFuture<T> whenComplete(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action)

在另一个空闲线程中继续执行下一步操作，默认线程池

CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action)

在另一个空闲线程中继续执行下一步操作，指定线程池

CompletableFuture<T> whenCompleteAsync(BiConsumer<? super T, ? super Throwable> action, Executor executor)

只处理异常结果

CompletableFuture<T> exceptionally(Function<Throwable, ? extends T> fn)

示例

Integer integer = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 100)
                .whenCompleteAsync((res, throwable) -> 
                    if (throwable == null) 
                        System.out.println("成功的之后的下一步业务");
                     else 
                        System.out.println("失败的之后的下一步业务");
                    
                ).get();

出现异常的时候，返回默认值

Integer integer = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 100/0)
                .exceptionally(throwable -> 10).get();

handle方法

可以对执行之后的结果做修改

CompletableFuture<U> handle(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn)

CompletableFuture<U> handleAsync(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn) 

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

线程串行化方法

thenRun

不需要获取上一步执行结果，上一步执行完成，接着执行，无返回值

CompletableFuture<Void> thenRun(Runnable action)

CompletableFuture<Void> thenRunAsync(Runnable action)

CompletableFuture<Void> thenRunAsync(Runnable action, Executor executor)

thenAccept

需要获取上一步执行结果，上一步执行完成，接着执行，无返回值

CompletableFuture<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action)

CompletableFuture<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action)

CompletableFuture<Void> thenAcceptAsync(Consumer<? super T> action, Executor executor)

需要获取上一步执行结果，上一步执行完成，接着执行，有返回值

CompletableFuture<U> thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)

CompletableFuture<U> thenApplyAsync(Function<? super T,? extends U> fn) 

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