Phaser工具

简介

java7中引入了一种新的可重复使用的同步屏障,称为移相器Phaser。Phaser拥有与CyclicBarrier和CountDownLatch类似的功能.

但是这个类提供了更加灵活的应用。CountDownLatch和CyclicBarrier都是只适用于固定数量的参与者。移相器适用于可变数目的屏障，在这个意义上，可以在任何时间注册新的参与者。并且在抵达屏障是可以注销已经注册的参与者。因此,注册到同步移相器的参与者的数目可能会随着时间的推移而变化。

如CyclicBarrier一样,移相器可以重复使用,这意味着当前参与者到达移相器后,可以再一次注册自己并等待另一次到达.

移相器的另一个重要特征是:移相器可能是分层的,这允许你以树形结构来安排移相器以减少竞争

简单例子：

/**
 * @Author: youthlql-吕
 * @Date: 2020/10/11 21:57
 * <p>
 * 功能描述:
 */
public class PhaserTest {

    private final static Random RANDOM = new Random();

    public static void main(String[] args) {
        final Phaser phaser = new Phaser();
        //JDK8语法，相当于创建5个线程
        IntStream.rangeClosed(1,5).boxed().map(i->phaser).forEach(Task::new);
		//主线程也注册进去
        phaser.register();

        phaser.arriveAndAwaitAdvance();//main线程   到达并等待前行
        System.out.println("All of work are finished.");
    }

    static class Task extends Thread{
        private final Phaser phaser;

        Task(Phaser phaser) {
            this.phaser = phaser;
            phaser.register();//把自己加入计数器中
            start();
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("The worker[ "+getName()+ " ]" +" is working.");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(RANDOM.nextInt(5));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            phaser.arriveAndAwaitAdvance();//自己完成，等待其他线程完成。  到达并等待前行
        }
    }
}

结果：

The worker[ Thread-1 ] is working.
The worker[ Thread-2 ] is working.
The worker[ Thread-0 ] is working.
The worker[ Thread-4 ] is working.
The worker[ Thread-3 ] is working.
All of work are finished.

重复使用的例子

/*
跑完步，需要去骑自行车，骑完自行车需要去跳高
*/
public class PhaserTest {

private final static Random RANDOM = new Random();


    public static void main(String[] args) {
        final Phaser phaser = new Phaser(3);

        for (int i = 1; i < 4; i++) {
            new Athletes(i,phaser).start();
        }
    }

    static class Athletes extends Thread {
        private final int no;
        private final Phaser phaser;


        Athletes(int no, Phaser phaser) {
            this.no = no;
            this.phaser = phaser;

        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(no + " start running.");
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(RANDOM.nextInt(100));
                System.out.println(no + " end running.");
                phaser.arriveAndAwaitAdvance();

                System.out.println(no + " start bicycle.");
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(RANDOM.nextInt(100));
                System.out.println(no + " end bicycle.");
                phaser.arriveAndAwaitAdvance();


                System.out.println(no + " start long jump.");
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(RANDOM.nextInt(100));
                System.out.println(no + " end long jump.");
                phaser.arriveAndAwaitAdvance();

            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

结果：

1 start running.
2 start running.
3 start running.
3 end running.
2 end running.
1 end running.
1 start bicycle.
2 start bicycle.
3 start bicycle.
3 end bicycle.
2 end bicycle.
1 end bicycle.
1 start long jump.
2 start long jump.
3 start long jump.
2 end long jump.
1 end long jump.
3 end long jump.

可以看到栅栏被重复利用了。

动态减少

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;

public class test {
    private final static Random RANDOM = new Random();


    public static void main(String[] args) {
        final Phaser phaser = new Phaser(3);

        for (int i = 1; i < 3; i++) {
            new Athletes(i,phaser).start();
        }

        //假设3号运动员受伤了
        new InjuredAthletes(3, phaser).start();
    }

    //运动员受伤了，需要减少
    static class InjuredAthletes extends Thread {
        private final int no;
        private final Phaser phaser;


        InjuredAthletes(int no, Phaser phaser) {
            this.no = no;
            this.phaser = phaser;

        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                sport(no, phaser, " start running.", " end running.");
                sport(no, phaser, " start bicycle.", " end bicycle.");
                System.out.println(no + "号运动员受伤了");
                phaser.arriveAndDeregister();//动态减少
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    static class Athletes extends Thread {
        private final int no;
        private final Phaser phaser;


        Athletes(int no, Phaser phaser) {
            this.no = no;
            this.phaser = phaser;

        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                sport(no, phaser, " start running.", " end running.");
                sport(no, phaser, " start bicycle.", " end bicycle.");
                sport(no, phaser, " start long jump.", " end long jump.");

            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }


    }

    private static void sport(int no, Phaser phaser, String x, String y) throws InterruptedException {
        System.out.println(no + x);
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(RANDOM.nextInt(100));
        System.out.println(no + y);
        phaser.arriveAndAwaitAdvance();
    }

}

结果：

2 start running.
1 start running.
3 start running.
2 end running.
1 end running.
3 end running.
3 start bicycle.
1 start bicycle.
2 start bicycle.
2 end bicycle.
3 end bicycle.
1 end bicycle.
1 start long jump.
2 start long jump.
3号运动员受伤了
2 end long jump.
1 end long jump.

3号运动员受伤了，那么他就不能完成jump，3号运动员的phaser.arriveAndAwaitAdvance()也就无法执行，就会导致程序无法终止。因为Phaser数量是3个，只要三个线程都到了才会结束。所以说3号运动员受伤后，可以减少Phaser的数量：phaser.arriveAndDeregister();//动态减少

常用API

注册

public int register()
public int bulkRegister(int parties)

register

是注册一个线程数，比较常用

bulkRegister

可以批量注册

到达

public int arrive()
public int arriveAndDeregister()
public int arriveAndAwaitAdvance()

arrive

这个到达后，不会阻塞，相当于countdown机制【因为countdown只会阻塞调用者，其它线程干完任务就可以干其他事】
大家要理解一点，party 数和线程是没有关系的，不能说一个线程代表一个 party，因为我们完全可以在一个线程中重复调用 arrive() 方法。这么表达纯粹是方便理解用。

arriveAndAwaitAdvance

到达后会阻塞，相当于CyclicBarrier机制

arriveAndDeregister

当线程出现异常，不能正常到达时，可以调用该方法，动态减少注册数

举例

public class PhaserTest {

    private static final Random RANDOM = new Random();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final Phaser phaser = new Phaser(5);

        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            new ArriveTask(i,phaser).start();
        }
        //等待全部任务进行完成
        phaser.arriveAndAwaitAdvance();
        System.out.println("The phase 1 work finish done.");

    }

    private static class ArriveTask extends Thread{
        private final Phaser phaser;

        private ArriveTask(int no,Phaser phaser) {
            super(String.valueOf(no));

            this.phaser = phaser;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(getName() +  " start working. ");
            threadSleep();
            System.out.println(getName() + " The phase one is running.");
            phaser.arrive();

            threadSleep();
            System.out.println(getName() +  " keep to other thing. ");

        }
    }

    private static void threadSleep()  {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(RANDOM.nextInt(5));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

onAdvance()

这个方法是 protected 的，所以它不是 phaser 提供的 API，从方法名字上也可以看出，它会在一个 phase 结束的时候被调用。

它的返回值代表是否应该终结（terminate）一个 phaser，之所以拿出来说，是因为我们经常会见到有人通过覆写该方法来自定义 phaser 的终结逻辑，如：

protected boolean onAdvance(int phase, int registeredParties) {
    return phase >= N || registeredParties == 0;
}

1、我们可以通过 phaser.isTerminated() 来检测一个 phaser 实例是否已经终结了

2、当一个 phaser 实例被终结以后，register()、arrive() 等这些方法都没有什么意义了，大家可以玩一玩，观察它们的返回值，原本应该返回 phase 值的，但是这个时候会返回一个负数。

监控子线程任务

public int awaitAdvance(int phase)
public int awaitAdvanceInterruptibly(int phase) throws InterruptedException

相当于起到监控的作用
如果子线程还没有执行完成，主线程就会阻塞
相较而言，可以不用增加注册量

举例

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    final Phaser phaser = new Phaser(4);

    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        new AwaitAdvance(i,phaser).start();
    }
    //等待全部任务进行完成
    phaser.awaitAdvance(phaser.getPhase());
    System.out.println("The phase 1 work finish done.");
}

强制关闭

public void forceTermination()
public boolean isTerminated()

强制关闭phaser，但是如果线程陷入阻塞，不会唤醒

监控API

获取阶段数

public final int getPhase()

返回当前相位数。最大相位数为Integer.MAX_VALUE
每增加一轮就会加一

举例

public class PhaserTest {
    public static void main(String[] args) {
        final Phaser phaser = new Phaser(1);
        System.out.println(phaser.getPhase());

        phaser.arriveAndAwaitAdvance();
        System.out.println(phaser.getPhase());

        phaser.arriveAndAwaitAdvance();
        System.out.println(phaser.getPhase());

        phaser.arriveAndAwaitAdvance();
        System.out.println(phaser.getPhase());

    }
}

结果：

获取注册的数

public int getRegisteredParties()

获得注册的线程数，相当于Countdown初始的的计数器
可以动态更改

获得到达和未到达的数目

public int getArrivedParties()
public int getUnarrivedParties()

getArrivedParties

获得已经到达的线程数，和没有到达的线程数

getUnarrivedParties

获得没有到达的线程数，和没有到达的线程数

Phaser的分层结构

Tiering 这个词本身就不好翻译，大家将就一下，要表达的意思就是，将多个 Phaser 实例构造成一棵树。

1、第一个问题来了，为什么要把多个 Phaser 实例构造成一棵树，解决什么问题？有什么优点？

Phaser 内部用一个 state 来管理状态变化，随着 parties 的增加，并发问题带来的性能影响会越来越严重。

/**
 * 0-15: unarrived
 * 16-31: parties，   所以一个 phaser 实例最大支持 2^16-1=65535 个 parties
 * 32-62: phase，     31 位，那么最大值是 Integer.MAX_VALUE，达到最大值后又从 0 开始
 * 63: terminated
 */
private volatile long state;

通常我们在说 0-15 位这种，说的都是从低位开始的

state 的各种操作依赖于 CAS，典型的无锁操作，但是，在大量竞争的情况下，可能会造成很多的自旋。

而构造一棵树就是为了降低每个节点（每个 Phaser 实例）的 parties 的数量，从而有效降低单个 state 值的竞争。

2、第二个问题，它的结构是怎样的？

这里我们不讲源码，用通俗一点的语言表述一下。我们先写段代码构造一棵树：

Phaser root = new Phaser(5);

Phaser n1 = new Phaser(root, 5);
Phaser n2 = new Phaser(root, 5);

Phaser m1 = new Phaser(n1, 5);
Phaser m2 = new Phaser(n1, 5);
Phaser m3 = new Phaser(n1, 5);

Phaser m4 = new Phaser(n2, 5);

根据上面的代码，我们可以画出下面这个很简单的图：

这棵树上有 7 个 phaser 实例，每个 phaser 实例在构造的时候，都指定了 parties 为 5，但是，对于每个拥有子节点的节点来说，每个子节点都是它的一个 party，我们可以通过 phaser.getRegisteredParties() 得到每个节点的 parties 数量：

m1、m2、m3、m4 的 parties 为 5
n1 的 parties 为 5 + 3，n2 的 parties 为 5 + 1
root 的 parties 为 5 + 2

结论应该非常容易理解，我们来阐述一下过程。

在子节点注册第一个 party 的时候，这个时候会在父节点注册一个 party，注意这里说的是子节点添加第一个 party 的时候，而不是说实例构造的时候。

在上面代码的基础上，大家可以试一下下面的这个代码：

Phaser m5 = new Phaser(n2);
System.out.println("n2 parties: " + n2.getRegisteredParties());
m5.register();
System.out.println("n2 parties: " + n2.getRegisteredParties());

第一行代码中构造了 m5 实例，但是此时它的 parties == 0，所以对于父节点 n2 来说，它的 parties 依然是 6，所以第二行代码输出 6。第三行代码注册了 m5 的第一个 party，显然，第四行代码会输出 7。

当子节点的 parties 降为 0 的时候，会从父节点中”剥离”，我们在上面的基础上，再加两行代码：

m5.arriveAndDeregister();
System.out.println("n2 parties: " + n2.getRegisteredParties());

由于 m5 之前只有一个 parties，所以一次 arriveAndDeregister() 就会使得它的 parties 变为 0，此时第二行代码输出父节点 n2 的 parties 为 6。

还有一点有趣的是，在非树的结构中，此时 m5 应该处于 terminated 状态，因为它的 parties 降为 0 了，不过在树的结构中，这个状态由 root 控制，所以我们依然可以执行 m5.register()…

3、每个 phaser 实例的 phase 周期有快有慢，怎么协调的？

在组织成树的这种结构中，每个 phaser 实例的 phase 已经不受自己控制了，由 root 来统一协调，也就是说，root 当前的 phase 是多少，每个 phaser 的 phase 就是多少。

那又有个问题，如果子节点的一个周期很快就结束了，要进入下一个周期怎么办？需要等！这个时候其实要等所有的节点都结束当前 phase，因为只有这样，root 节点才有可能结束当前 phase。

我觉得 Phaser 中的树结构我们要这么理解，我们要把整棵树当做一个 phaser 实例，每个节点只是辅助用于降低并发而存在，整棵树还是需要满足 Phaser 语义的。

阻塞队列

请谈谈对阻塞队列的理解

# 阻塞队列
	# 阻塞队列为空时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞
	# 阻塞队列为满时，往队列里添加元素的操作将会被阻塞
	
# 阻塞队列的好处
	# 多线程领域中，所谓阻塞，即某些情况下会挂起线程，一旦条件满足，线程唤醒。
	
# 为什么需要 BlockingQueue
	# 我们不需要关心什么时候需要阻塞线程，什么时候需要唤醒线程了
	# 在 JUC 包发布以前，多线程环境下，程序员需要自己控制这些细节，并且兼顾效率与线程安全

种类

# ArrayBlockingQueue
	# 数组结构组成的有界阻塞队列
	
# LinkedBlockingQueue
	# 由链表结构组成的有界(但大小默认值为 Integer.MAX_VALUE) 阻塞队列
	
# PriorityBlockingQueue
	# 支持优先级排序的无界阻塞队列
	
# DelayQueue
	# 使用优先级队列实现的延迟无界阻塞队列
	
# SynchronousQueue
	# 不存储元素的阻塞队列，也即单个元素的队列
	
# LinkedTransferQueue
	# 由链表结构组成的无界阻塞队列
	
# LinkedBlockingDeque
	# 由链表结构组成的双向阻塞队列

核心方法

# 抛出异常组
	# add(e)
		# 队列满时 add 会抛出 java.lang.IllegalStateException: Queue full
	# remove()
		# 队列空时 remove 会抛出 java.util.NoSuchElementException
	# element()
		# 得到队首元素，队列为空时，抛出 java.util.NoSuchElementException
		
# 返回布尔值组
	# offer(e)
		# 往阻塞队列插入数据，成功时返回 true，失败时返回 false
	# poll()
		# 从阻塞队列取出数据，成功时返回 数据，队列为空时返回 null
	# peek()
		# 取出队首元素，成功时返回 数据，队列为空时返回 null
		
# 阻塞
	# put(e)
		# 往阻塞队列插入数据，无返回值，插入不成功时阻塞线程，直至插入成功 Or 线程中断
	# take()
		# 从阻塞队列取出数据，成功返回数据，不成功时阻塞线程，直至取出成功 Or 线程中断

# 超时
	# offer(e,time,unit)
		# 往阻塞队列插入数据，成功返回 true，不成功时线程阻塞等待超时时间，过时返回false 并放弃操作
	# poll(time,unit)
		# 从阻塞队列取出数据，成功返回 数据，队列为空时线程阻塞等待超时时间，过时返回false 并放弃操作

阻塞队列的使用场景

# 生产者消费者模式
	
# 线程池

# 消息中间件

传统版生产者消费者模式 Demo

package ProducerAndConsumer;

/**
 * @Author: youthlql-吕
 * @Date: 2019/9/26 14:56
 * <p>
 * 功能描述: 功能描述: 4个线程的if语句
 * 要求:生产者线程消费一个,消费者线程消费一个。num只能为1或0
 * 改用while循环的4个线程
 *
 */
public class Producer_03 {
    public static void main(String[] args) {
        Consumer3 consumer = new Consumer3();

        //生产者线程A
        new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    consumer.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"生产者A").start();

        new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    consumer.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"消费者B").start();

        new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    consumer.increment();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"生产者C").start();

        new Thread(() ->{
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    consumer.decrement();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        },"消费者D").start();
    }
}
class Consumer3{
    private Integer num = 0;

    public synchronized void increment() throws InterruptedException {
        while(num != 0){
            this.wait();
        }
        num++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + num);
        notifyAll();

    }

    public synchronized void decrement() throws InterruptedException {
        while(num == 0){
            this.wait();
        }
        num--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" + num);
        notifyAll();
    }

}

阻塞队列版生产者消费者模式Demo

/**
 * @Author: youthlql-吕
 * @Date: 2019/9/26 16:04
 * <p>
 * 功能描述:
 */
public class Video44 {
    public static void main(String[] args) {
        MyResource myResource = new MyResource(new ArrayBlockingQueue<>(10));
        new Thread(() ->{
            System.out.println("----------生产者线程启动-----------");
            try {
                myResource.produce();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"Producer").start();


        new Thread(() ->{
            System.out.println("----------消费者线程启动-----------");
            try {
                myResource.consume();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        },"Consumer").start();


        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        myResource.stop();
        System.out.println("********5秒之后,main叫停生产,生产结束*********");
    }
}

class MyResource{
    private volatile Boolean FLAG = Boolean.TRUE;
    private AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
    private BlockingQueue<String> blockingQueue = null;

    public MyResource(BlockingQueue<String> blockingQueue){
        this.blockingQueue = blockingQueue;
        //打印日志一般需要看类信息
        System.out.println(blockingQueue.getClass().getName());
    }

    public void produce() throws InterruptedException {
        String data = null;
        Boolean returnValue;
        while(FLAG){
            data = atomicInteger.incrementAndGet() + "";
            returnValue = blockingQueue.offer(data, 2L, TimeUnit.SECONDS);
            if (returnValue){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t\t 插入队列成功 \t" + data);
            }else {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 插入超时 \t" + data);
            }
            try {
                TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 大老板叫停,生产者停止生产");
    }

    public void consume() throws InterruptedException {
        String data = null;
        while(FLAG){
//            Thread.sleep(500);
            data = blockingQueue.poll(2L,TimeUnit.SECONDS);
            if (data == null || data.equalsIgnoreCase("")){
                FLAG = false;
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 消费超时,消费者退出" );
                return;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 消费队列成功 \t" + data);
        }
    }

    public void stop(){
        this.FLAG = false;
    }
}

线程池

主要优点

第一:降低资源消耗.通过重复利用自己创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗.
第二: 提高响应速度.当任务到达时,任务可以不需要等到线程的创建，就能立即执行.
第三: 提高线程的可管理性.线程是稀缺资源,如果无限的创阿金,不仅会消耗资源,还会较低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一分配,调优和监控.

Java 中的线程池是通过 Executor 框架实现的，该框架中用到了 Executor、Executors、ExecutorService、ThreadPoolExecutor 这几个类。

线程池七大参数入门简介

流程举例

一个银行网点 <线程池>，共 10* 个窗口 <maximumPoolSize 最大线程数>，开放 5* 个窗口 <corePoolSize 核心线程数>
。今天办理业务的特别多，其余5个窗口加班一天 <keepAliveTime + unit 多余线程存活时间+单位>，办理业务的人在窗口前排队* <workQueue 请求任务的阻塞队列>。银行里的A职员、B职员… 给办理业务 <threadFactory 产生线程、线程名、线程序数…>最多排10个，来了11个，并且每个窗口都有人在办理业务，多的人怎么拒绝呢？<handler 拒绝策略>

七大参数

corePoolSize 线程池中的常驻核心线程数

 创建线程池后，当有请求任务进来，就安排池中的线程去执行请求任务
   当线程池中的线程数目达到 corePoolSize 后，就会把到达的任务放到缓存队列中

maximumPoolSize
线程池能够容纳同时执行的最大线程数，此值必须大于等于1

keepAliveTime 多余的空闲线程的存活时间

 当前线程池数量超过 corePoolSize 时，当空闲时间达到 keepAliveTime 值时，
  多余空闲线程会被销毁直到只剩下 corePoolSize 个线程为止

unit
keepAliveTime 的单位
workQueue
任务队列，被提交但尚未被执行的任务
threadFactory，表示生成线程池中工作线程的线程工厂<线程名字、线程序数…>，用于创建线程一般用默认的即可
handler，拒接策略，表示当队列满了并且工作线程大于等于线程池的最大线程数(maximumPoolSize)时，如何拒绝新的任务

import java.util.concurrent.*;

public class ThreadPoolDemo {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool =
                new ThreadPoolExecutor(2,
                        5,
                        1L,
                        TimeUnit.SECONDS,
                        new LinkedBlockingDeque<Runnable>(3),
                        Executors.defaultThreadFactory(),
                        new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

            for(int i = 1;i <= 9; i++ )
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 办理业务" );
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(1L);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
    }

}

线程池的底层工作流程

1、创建线程池后，等待请求任务

2、当调用 execute() 方法添加请求任务时，线程池做如下判断

如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize，马上创建线程执行请求任务
如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，将请求任务放入阻塞队列
如果阻塞队列满了，且正在运行的线程数小于 mamimumPoolSize,创建非核心线程执行请求任务
如果队列满了且线程池线程达到最大线程数，线程池启动饱和拒绝策略来执行

3、当一个线程完成任务时，从阻塞队列中取出下一个任务来执行

4、当一个线程无事可做超过一定时间时，线程池会判断

如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，该线程被销毁
所以，线程池完成所有请求任务后，最终会收缩到 corePoolSize 的大小

线程池的4种拒绝策略

JDK 内置的拒绝策略

AbortPolicy(默认)
- 直接抛出 RejectedExecutionException 异常阻止系统正常运行
CallerRunsPolicy
- “调用者运行” 一种调节机制
- 该策略既不会抛弃任务，也不会抛出异常
- 而是将某些任务回退到调用者，从而降低新任务的流量

DiscardOldestPolicy
- 抛弃队列中等待最久的任务
- 然后把当前任务中加入队列中尝试再次提交当前任务
DiscardPolicy
- 直接丢弃任务，不予任何处理也不抛出异常
- 如果允许任务丢失，这是最好的一种方案

以上拒绝策略都是实现了 RejectedExecutionHandler 接口

线程池在实际生产中使用哪一个

后文会介绍Java内置的几个线程池

阿里巴巴 Java 开发手册
线程池不允许使用 Executors 创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式

FixedThreadPool 和 SingleThreadPool
允许的阻塞队列容量为 Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，导致 OOM

CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool
允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE,可能会创建大量的线程，导致 OOM

线程池合理配置参数

1、CPU 密集型
意思是该任务需要大量的运算，而没有阻塞，CPU 一直全速运行
CPU 密集任务只有在真正的多核 CPU 上才可能得到加速(通过多线程)
CPU 密集型任务配置尽可能少的线程数量
一般公式 : CPU 核数 + 1个线程的线程池最大线程数

2、IO 密集型
由于 IO 密集型任务线程并不是一直在执行任务，则应配置尽可能多的线程
一般公式 : CPU 核数* 2

3、IO 密集型 2
IO 密集型、即该任务需要大量的 IO，即大量的堵塞
在单线程上运行 IO 密集型的任务会导致浪费大量的 CPU 算力浪费在等待上
所以，IO 密集型任务中使用多线程可以大大的加速程序运行，即时在单核 CPU 上
这种加速主要就是利用了被浪费掉的阻塞时间
参考公式 : CPU 核数 / (1 - 阻塞系数)
例: 8 核CPU 8/(1-0.9) = 80 个线程数

线程池的状态

线程池状态含义如下

• RUNNING 接受新任务并且处理阻塞队列里的任务

• SHUTDOWN ：拒绝新任务但是处理阻塞队列里的任务

• STOP ：拒绝新任务并且放弃阻塞队列里的任务，同时会中断正在处理的任务。

• TIDYING：所有任务都执行完（包含阻塞队列里面的任务）后，当前线程池活动线程,数为0，将要调用 terminated 方法

• TERMINATED：终止状态，terminated 方法调用完成以后的状态

线程池状态转换列举如下

• RUNNING -> SHUTDOWN 显式调用shutdown （）方法或者隐式调用了 finalize()方法里面的 shutdown（）方法

• RUNNING或SHUTDOWN) -> STOP 显式调用 shutdownNow（）方法

• SHUTDOWN ->TIDYING 当线程池和任务队列都为空时

• STOP -> TIDYING 当线程池为空时

• TIDYING -> TERMNATED terminated() hook 方法执行完成

线程池的关闭

关闭有两个方法：shutdown和shutdownNow

shutdown

public void shutdown() {
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        checkShutdownAccess();
        advanceRunState(SHUTDOWN);
        interruptIdleWorkers();
        onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
    tryTerminate();
}


private void interruptIdleWorkers() {
    interruptIdleWorkers(false);
}  


private void interruptIdleWorkers(boolean onlyOne) {
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        for (Worker w : workers) {
            Thread t = w.thread;
            if (!t.isInterrupted() && w.tryLock()) {
                try {
                    t.interrupt();
                } catch (SecurityException ignore) {
                } finally {
                    w.unlock();
                }
            }
            if (onlyOne)
                break;
        }
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
}

从源码可以看出，本质上执行的是interrupt方法
如果线程是空闲的，执行的是Condition的await的方法，会被直接打断，被回收
如果正在工作，该线程会被打上一个标记，等任务执行后被回收

shutdownNow

public List<Runnable> shutdownNow() {
    List<Runnable> tasks;
    final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
    mainLock.lock();
    try {
        checkShutdownAccess();
        advanceRunState(STOP);
        interruptWorkers();//先打断
        tasks = drainQueue();//再把任务队列没有执行的任务取出
    } finally {
        mainLock.unlock();
    }
    tryTerminate();//不断的打断
    return tasks;
}

先打断空闲的打断
然后清空任务队列
然后不断的尝试打断正在执行的线程
最后会返回一个List集合，包含还没有执行的任务

awaitTermination 操作

当线程调用awaitTermination方法后，当前线程会被阻塞，直到线程池状态变为TERMINATED 才返回或者等待时间超时才返回。

Executors

内置线程池用的不多，不用太在意

简介

Java通过Executors提供五种线程池，分别为：

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。

和一个线程的区别

newSingleThreadExecutor	Thread
任务执行完成后，不会自动销毁，可以复用	任务执行完成后，会自动销毁
可以将任务存储在阻塞队列中，逐个执行	无法存储任务，只能执行一个任务

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。
newWorkStealingPool：创建一个ForkJoin线程池，线程数是CPU核数，可以充分利用CPU资源。从1.8开始有的

简单例子：

/**
 * @Author: youthlql-吕
 * @Date: 2020/4/23 10:49
 * <p>
 * 功能描述: 线程池的三个常用方式
 */
public class Video47 {

    public static void main(String[] args){
        /**
         * 一池5个处理线程
         */
        //ExecutorService threadPool= Executors.newFixedThreadPool(5);
        /**
         * 一池一线程
         */
//        ExecutorService threadPool= Executors.newSingleThreadExecutor();
        /**
         * 一池N线程
         */
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        //模拟10个用户来办理业务 没有用户就是来自外部的请求线程.
        try {
            for (int i = 1; i <= 20; i++) {
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 办理业务");
                });
                try {
                    TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

有三个内置线程池比较简单，下面介绍下稍复杂的两个内置线程池。

newWorkStealingPool

public static ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism) {
    return new ForkJoinPool
        (parallelism,
         ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,
         null, true);
}
public static ExecutorService newWorkStealingPool() {
    return new ForkJoinPool
        (Runtime.getRuntime().availableProcessors(),
         ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,
         nul, true);
}
 //Returns the number of processors available to the Java virtual machine.
    Runtime.getRuntime().availableProcessors()

分析源码我们可以得知

采用的ForkJoin框架，可以将任务进行分割，同时线程之间会互相帮助
最大的线程数是CPU核数，充分利用CPU资源

newScheduledThreadPool

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

创建的是一个定时的任务，每隔一段时间就会运行一次

首先可以对比的就是Timer这个类

public class ExecutorsTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Timer timer = new Timer();
        final TimerTask task = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("=====" + System.currentTimeMillis());
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        //1秒执行一次
        timer.schedule(task,0,1000);
    }
}

结果

=====1602597314888
=====1602597316897
=====1602597318898
=====1602597320898
=====1602597322899
=====1602597324899

可以发现：如果任务时间超过了定时时长，就无法按照预定的时间执行

其他工具的解决方式：

crontab定时处理器为了确保时间的正确性，会重新启一个线程

有三个方法

schedule(commod,delay,unit) ，这个方法是说系统启动后，需要等待多久执行，delay是等待时间。只执行一次，没有周期性。
scheduleAtFixedRate(commod,initialDelay,period,unit)，这个是以period为固定周期时间，按照一定频率来重复执行任务，initialDelay是说系统启动后，需要等待多久才开始执行。例如：如果设置了period为5秒，线程启动之后执行了大于5秒，线程结束之后，立即启动线程的下一次，如果线程启动之后只执行了3秒就结束了那执行下一次，需要等待2秒再执行。这个是优先保证任务执行的频率，
scheduleWithFixedDelay(commod,initialDelay,delay,unit)，这个是以delay为固定延迟时间，按照一定的等待时间来执行任务，initialDelay意义与上面的相同。例如：设置了delay为5秒，线程启动之后不管执行了多久，结束之后都需要先生5秒，才能执行下一次。这个是优先保证任务执行的间隔。

ExecutorService

public class Video53 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                5,
                1L,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<Runnable>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                //默认抛出异常
                //new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
                //回退调用者
                //new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
                //处理不来的不处理
                //new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
                new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()
        );
        //模拟10个用户来办理业务 没有用户就是来自外部的请求线程.
        try {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 办理业务");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            threadPool.shutdown();
        }
        //threadPoolInit();
    }


}

ExecutorService一般就是用来作为我们自定义线程池的引用。

API

1、getActiveCount()：获取当前线程池中活跃的线程个数；若是没有execute(Runnable)任务的话，是不会创建线程的；提交一个任务，也只会创建一个线程去执行，而不会一次性直接创建corePoolSize个线程。

2、allowCoreThreadTimeOut(true)：当任务执行完成的时候，释放线程池；若使用的线程池的keepAliveTime为0，需要手动修改，因为不允许keepAliveTime为0的线程池，调用此方法；

3、invokeAny(Call<T>)：此方法是一个同步方法，会阻塞调用线程；若其中有一个任务返回了，则其它的任务取消，不会继续执行；此方法也存在超时设置重构方法；防止线程一直等待；无法结束。

Future

Future API

1、get()：此方法是阻塞的，但是抛出了InterruptedException，所以是可以被打断的；使用interrupt()进行打断的时候，打断的是调用get()的线程，让当前线程不再阻塞的等待获取数据；并不是真正执行任务的那个线程。

2、get(TimeOut)：若是获取数据超时了，但是任务还是依旧执行，只是不再等待任务的返回值。

3、isDone()：执行任务期间不管是否执行成功了，还是执行失败了（抛出异常）。只要结束，isDone()就会返回true。

4、boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：取消任务。

返回false的情况：1.任务已经执行完成了，是无法被取消的。2.之前已经被cancel过

public static void main(String[] args) {
    try {
        testCancel();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

private static void testCancel() throws InterruptedException {
        // 把线程设置为守护线程, 根据启动线程dead.
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        AtomicBoolean running = new AtomicBoolean(true);

        Future<Integer> future = executorService.submit(() -> {
            
            while (running.get()){
                //模拟一个执行很久的任务
            }
            System.out.println("1111111");
            return 10;
        });

        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
        System.out.println(future.cancel(true));
        System.out.println(future.isCancelled());
        System.out.println(future.isDone());
    }

输出：

true
true
true

根据例子我们可以看到，cancel虽然取消了任务，但是任务任然在执行，这是为什么呢？

https://blog.csdn.net/stephen8341/article/details/50433656

其实我们如果查看FutureTask的源码就会发现cancel只不过是调用了Thread的interrupt方法，而interrupt只能是停掉线程中有sleep,wait,join逻辑的线程，抛出一个InterruptException。这样看来FutureTask的cancel方法并不能停掉一切正在执行的异步任务。但是这里我们有一个妥协的做法就是在判断条件中加!Thread.currentThread().isInterrupted()这个判断即可.

改进代码1

private static void testCance2() throws InterruptedException {
    // 把线程设置为守护线程, 根据启动线程dead.
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

    Future<Integer> future = executorService.submit(() -> {

        while (!Thread.interrupted()){
            //模拟一个执行很久的任务
        }
        System.out.println("1111111");
        return 10;
    });

    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
    System.out.println(future.cancel(true));
    System.out.println(future.isCancelled());
    System.out.println(future.isDone());
}

输出：

true
true
true
1111111

可以看到任务是真正被终止了。

还有一个场景

while (!Thread.interrupted()){
            //模拟一个执行很久的任务
}

在上面改进代码的第一步，第一行代码是个IO操作，假设耗时非常长，那就根本没有机会判断while条件。此时如果cancel，一样不会真正的终止任务的执行。

改进代码2

private static void testCance3() throws InterruptedException {
        // 把线程设置为守护线程, 根据启动线程dead.
        AtomicBoolean running = new AtomicBoolean(true);
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool( r -> {
            Thread t = new Thread(r);
            t.setDaemon(true);
            return t;
        });

        Future<Integer> future = executorService.submit(() -> {
//            while (!Thread.interrupted()){
//                //模拟一个执行很久的任务
//            }   

            while (running.get()){
                //模拟一个执行很久的任务
            }

            System.out.println("1111111");
            return 10;
        });

        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        System.out.println(future.cancel(true)); // 可以取消掉任务, 但是无法终止任务的执行.
        System.out.println(future.isCancelled());
        System.out.println(future.isDone());
    }

控制台输出：

true
true
true

Process finished with exit code 0

可以看到直接结束了，思想就是将线程设置为守护线程，一旦主线程执行完，守护线程无论在干什么都会马上结束。所以后面的System.out.println("1111111");都没有打印

已经被cancel的任务，是否还能拿到结果？

private static void testCance2() throws Exception {
    // 把线程设置为守护线程, 根据启动线程dead.
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

    Future<Integer> future = executorService.submit(() -> {

        while (!Thread.interrupted()){
            //模拟一个执行很久的任务
        }
        System.out.println("1111111");
        return 10;
    });

    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
    System.out.println(future.cancel(true));
    System.out.println(future.isCancelled());
    System.out.println(future.isDone());
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    System.out.println(future.get());
}

输出：

true
true
true
1111111
java.util.concurrent.CancellationException
at java.util.concurrent.FutureTask.report(FutureTask.java:121)
at java.util.concurrent.FutureTask.get(FutureTask.java:192)
at Future.FutureExample1.testCance2(FutureExample1.java:63)
at Future.FutureExample1.main(FutureExample1.java:19)

输出了111111，说明程序已经走到了return那一行，但是可以看到拿不到了爆出了异常。

Future的缺陷以及解决方案

1、缺陷一：使用Future可以保证任务的异步执行；但是，只要去获取任务的结果，就会导致程序的阻塞；从而，从异步再次变为了同步。

2、缺陷二：假设批量执行一些异步任务，大部分任务都是几秒完成的，有少许任务是几个小时才完成。那你get()的时候，万一拿到了几个小时执行的任务，就会一直阻塞，导致几秒完成的任务拿不到结果。

3、像netty会有回调的callback

缺陷代码

private static void futureExecSomeTask() throws InterruptedException, ExecutionException {
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
    final List<Callable<Integer>> callableList = Arrays.asList(            
    		() -> {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
                System.out.println("Thread 10 finished!");
                return 10;
            },
            () -> {                
            	TimeUnit.SECONDS.sleep(20);
                System.out.println("Thread 20 finished!");
                return 20;
            }    
     );
	
	// invokeAll会阻塞等待所有的future执行完成.
    List<Future<Integer>> futureList = executorService.invokeAll(callableList); 
    for (Future<Integer> future : futureList) {       
    	 System.out.println(future.get());
    }
 }

JDK7解决方案

private static void futureDefect() throws ExecutionException, InterruptedException {
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);

    final List<Callable<Integer>> callableList = Arrays.asList(            
    		() -> {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
                System.out.println("Thread 10 finished!");
                return 10;
            },
            () -> {                
            	TimeUnit.SECONDS.sleep(20);
                System.out.println("Thread 20 finished!");
                return 20;
            }    
    );

    List<Future<Integer>> futureList = new ArrayList<>();
    futureList.add(executorService.submit(callableList.get(0)));
    futureList.add(executorService.submit(callableList.get(1)));

    for (Future<Integer> future : futureList) {// 其实相当于把批量任务, 单个的提交给线程池去执行.
    	System.out.println(future.get());
    }
}

JDK8解决方案

CompletionService：具体见下面

CompletionService

简介

CompletionService的实现目标是任务先完成可优先获取到，即结果按照完成先后顺序排序。
ExecutorCompletionService类是常用的CompletionService实现类，该类只有三个成员变量：

public class ExecutorCompletionService<V> implements CompletionService<V> {
    private final Executor executor;
    private final AbstractExecutorService aes;
    private final BlockingQueue<Future<V>> completionQueue;
    ....
}

可以看到ExecutorCompletionService主要是增强executor线程池的。
Task包装后被塞入completionQueue，当Task结束，其Future就可以从completionQueue中获取到。

执行流程：

阻塞和非阻塞获取

public Future<V> take()throws InterruptedException

public Future<V> poll()
public Future<V> poll(long timeout,TimeUnit unit) throws InterruptedException
1234

阻塞获取

take方法回使调用者阻塞，可以保证一定会有Future取出

非阻塞获取

poll方法会去查看是否有任务完成，有则取出；没有，就会返回一个null

代码解决Future缺陷

public class CompletionServiceExample1 {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            testCompleteExecutorService();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    private static void testCompleteExecutorService() throws InterruptedException, ExecutionException {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        final List<Callable<Integer>> callableList = Arrays.asList(
                () -> {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
                    System.out.println("Thread 10 finished!");
                    return 10;
                },
                () -> {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(400);
                    System.out.println("Thread 20 finished!");
                    return 20;
                }
        );

        // 参数值为线程池对象.
        ExecutorCompletionService<Integer> completionService = new ExecutorCompletionService<>(executorService);
        // 提交需要执行的任务.
        callableList.stream().forEach(item -> completionService.submit(item));

        Future<Integer> future;
        // 阻塞的获取任务结果. 但是, 不是等待全部任务完成, 而是, 完成一个任务, 获取一个任务结果.
        while ((future = completionService.take()) != null) {
            System.out.println(future.get());
        }
        //因为take阻塞住了，所以你是看不到下面这个打印的
        System.out.println("Main is finished!");
    }

}

结果：

Thread 10 finished!
10
Thread 20 finished!
20

稍微改一下就可以打印出来了

public class CompletionServiceExample3 {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            testCompleteExecutorService();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    private static void testCompleteExecutorService() throws InterruptedException, ExecutionException {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        final List<Callable<Integer>> callableList = Arrays.asList(
                () -> {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200);
                    System.out.println("Thread 10 finished!");
                    return 10;
                },
                () -> {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(400);
                    System.out.println("Thread 20 finished!");
                    return 20;
                }
        );

        // 参数值为线程池对象.
        ExecutorCompletionService<Integer> completionService = new ExecutorCompletionService<>(executorService);
        // 提交需要执行的任务.
        callableList.stream().forEach(item -> completionService.submit(item));

        int taskCount = callableList.size();


        for (int i = 0; i < taskCount; i++) {
            Integer result = completionService.take().get();
            System.out.println(result);
        }

        //
        System.out.println("Main is finished!");

        //记得关闭线程池
        executorService.shutdown();
    }
}

结果：

Thread 10 finished!
10
Thread 20 finished!
20
Main is finished!

Process finished with exit code 0

按完成顺序获取结果验证

public class CompletionServiceTest {

    public static void main(String[] args)  {
        Long start = System.currentTimeMillis();
        //开启3个线程
        ExecutorService exs = Executors.newFixedThreadPool(5);
        try {
            int taskCount = 10;
            // 结果集
            List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

            // 1.定义CompletionService
            CompletionService<Integer> completionService = new ExecutorCompletionService<Integer>(exs);

            // 2.添加任务
            for(int i=0;i<taskCount;i++){
                completionService.submit(new Task(i+1));
            }

            // 3.获取结果
            for(int i=0;i<taskCount;i++){
                Integer result = completionService.take().get();
                list.add(result);
            }

            System.out.println("list="+list);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //关闭线程池
            exs.shutdown();
        }

    }

    static class Task implements Callable<Integer> {
        Integer i;

        public Task(Integer i) {
            super();
            this.i=i;
        }

        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            if(i==5) {
                Thread.sleep(5000);
            }else{
                Thread.sleep(1000);
            }
            System.out.println("线程："+Thread.currentThread().getName()+"任务i="+i+",执行完成！");
            return i;
        }

    }
}

控制台输出：

线程：pool-1-thread-2任务i=2,执行完成！
线程：pool-1-thread-3任务i=3,执行完成！
线程：pool-1-thread-1任务i=1,执行完成！
线程：pool-1-thread-4任务i=4,执行完成！
线程：pool-1-thread-1任务i=8,执行完成！
线程：pool-1-thread-4任务i=9,执行完成！
线程：pool-1-thread-2任务i=6,执行完成！
线程：pool-1-thread-3任务i=7,执行完成！
线程：pool-1-thread-1任务i=10,执行完成！
线程：pool-1-thread-5任务i=5,执行完成！
list=[2, 3, 1, 4, 8, 9, 6, 7, 10, 5]

Process finished with exit code 0

CompleableFuture（重要，很常用）

为什么会出现CompletableFuture？

1、使用Future获得异步执行结果时，要么调用阻塞方法get()，要么轮询看isDone()是否为true，这两种方法都不是很好，因为主线程也会被迫等待。

2、从Java 8开始引入了CompletableFuture，它针对Future做了改进，可以传入回调对象，当异步任务完成或者发生异常时，自动调用回调对象的回调方法。

优点：

可以利用结果进行级联的执行
支持callback会自动回调给调用者
执行一批任务时，可以按照任务执行的顺序，获得结果
可以并行的获取结果，只拿最先获取的结果级联的执行

简介及注意点

1、CompletableFuture相当于是Future和ExecutorService的结合体，CompleableFuture依然是对Executor的封装，看构造函数的源码，可以知道一般情况下会创建一个ForkJoinPool，同时ThreadFactory会设置为守护线程。这就意味着：一旦主线程结束，线程池就会关闭。。可能导致回调函数还未执行, 便停止了。

如下：

public class CompletableFutureTest {

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

        CompletableFuture.runAsync(()->{
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).whenComplete((v,t)->{
            System.out.println("Done");
        });
        Thread.currentThread().join();
    }
}

控制台输出：

Done

2、可以改为此方法runAsync(Runnable, Executors), 让线程池去去管理线程. 不会跟随调用线程消失; 但是, 需要注意关闭线程池.

public static void testrunAsync() {

    ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
    CompletableFuture.runAsync(() -> {
        System.out.println("starting");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("end!");

    }, threadPool).whenComplete((v, t) -> {
        System.out.println("Finished!");
    });

    System.out.println("All finished!");
    threadPool.shutdown();
}

控制台输出：

starting
All finished!
end!
Finished!

Process finished with exit code 0

构造CompleableFuture

创建CompleableFuture不建议使用构造方法，而是使用静态的工厂方法构建。

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


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


public static <U> CompletableFuture<U> completedFuture(U value)


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

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

allOf(CompletableFuture<?>... cfs)：这个方法会返回一个全新的CompletableFuture，传递进去的所有CompletableFuture执行完才算是执行完成。
anyOf(CompletableFuture<?>... cfs)：这个方法会返回一个全新的CompletableFuture，只要传递进去的有一个CompletableFuture执行完，就算是执行完成
completedFuture(U value) ：可以假设一个执行出了一个结果，进行下面的级联操作。
runAsync：异步的执行Runnable，没有返回值。
supplyAsync：异步的执行Supplier实例，会有返回值。

runAsync

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

特点就是没有返回值，并且参数是Runnable。比一般的提交一个Runnable相比，可以更加灵活点使用，级联、并联等操作

举例：

public class Test_runAsync {
    public static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("main....start....");
        CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10 / 2;
            System.out.println("运行结果:" + i);
        }, executor);

        //通过前面的睡眠5秒，也可以验证出，shutdown会处理已经在阻塞队列里的
        executor.shutdown();
    }
}

结果：

main....start....
当前线程：12
运行结果:5

Process finished with exit code 0

supplyAsync

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

需要给supplyAsync提供一个Supplier

举例：

public class Test_supplyAsync {

    public static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

    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().getName());
            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 + "；异常信息是" + excption);
        }).exceptionally(throwable -> {  //可以感知异常，同时返回默认值
            return 10;
        }); //成功以后干啥事

        System.out.println("future获取结果：" + future.get());


        CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("当前线程：" + Thread.currentThread().getName());
            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) {  //异常不等于空了，就返回0
                return 0;
            }
            return 0;
        });

        System.out.println("future1获取结果：" + future1.get());


        executor.shutdown();
    }
}

结果：

main....start....
当前线程：pool-1-thread-1
异步任务成功完成了...结果是:null；异常信息是java.util.concurrent.CompletionException: java.lang.ArithmeticException: / by zero
future获取结果：10
当前线程：pool-1-thread-2
运行结果:2
future1获取结果：4

Process finished with exit code 0

anyOf

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

举例：

public class Test_anyOf {
    public static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        CompletableFuture<String> futureImg = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("查询商品的图片信息");
            return "hello.jpg";
        },executor);
        CompletableFuture<String> futureAttr = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("查询商品的属性");
            return "黑色+256G";
        },executor);
        CompletableFuture<String> futureDesc = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("查询商品的介绍");
            return "华为";
        },executor);

        /**
         * 1、因为anyOf是等待最早的一个CompletableFuture就能结束，所以返回值是最早执行完的那个任务。
         * 2、直接通过原来的future.get()可能会有空指针异常
         */
        CompletableFuture<Object> anyOf = CompletableFuture.anyOf(futureImg, futureAttr, futureDesc);
        anyOf.get();//等待所有结果完成
        System.out.println("最早完成的任务返回值为："+anyOf.get());

        executor.shutdown();
    }
}

结果：

查询商品的介绍
最早完成的任务返回值为：华为
查询商品的图片信息
查询商品的属性

这个例子中，前两个CompletableFuture都睡了两秒，所以执行最快的肯定是第三个，从结果中也得到了验证。

需要注意一点，虽然是异步的从一个地方取值，但是其他任务依然会执行完成，而并非不再执行了。

allOf

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

public class Test_allOf {
    public static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> futureImg = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("查询商品的图片信息");
            return "hello.jpg";
        }, executor);
        CompletableFuture<String> futureAttr = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("查询商品的属性");
            return "黑色+256G";
        }, executor);
        CompletableFuture<String> futureDesc = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("查询商品的介绍");
            return "华为";
        }, executor);

        System.out.println("等待Future返回------");
        //因为allOf是等待所有CompletableFuture完成才能结束，所以没有返回值，直接通过原来的future.get()就一定会有返回值
        CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(futureImg, futureAttr, futureDesc);
        System.out.println("最终得到的结果：" + futureImg.get() + "=>" + futureAttr.get() + "=>" + futureDesc.get());

        executor.shutdown();
    }
}

结果：

等待Future返回------
查询商品的图片信息
查询商品的介绍
查询商品的属性
最终得到的结果：hello.jpg=>黑色+256G=>华为

Process finished with exit code 0

组合方法

组合两个任务，同时处理两个结果

public <U> CompletableFuture<Void> thenAcceptBoth(CompletionStage<? extends U> other,
                                                  BiConsumer<? super T,? super U> action)
public <U> CompletableFuture<Void> thenAcceptBothAsync(CompletionStage<? extends U> other,
                                                       BiConsumer<? super T,? super U> action)
public <U> CompletableFuture<Void> thenAcceptBothAsync(CompletionStage<? extends U> other,
                                                       BiConsumer<? super T,? super U> action,
                                                       Executor executor)

举例：

public class Test_Accept {
    public static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> completableFuture1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "我是任务1");
        CompletableFuture<String> completableFuture2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "我是任务2");
        completableFuture1.thenAcceptBothAsync(completableFuture2, (s, i) -> {
            System.out.println(s + "==>" + i);
        }, executor);

        executor.shutdown();
    }
}

结果：

我是任务1==>我是任务2

Process finished with exit code 0

分析

可以看出是两个任务组合，然后同时将两个结果一起处理

组合两个任务，任务完成后做的操作

public CompletableFuture<Void> runAfterBoth(CompletionStage<?> other,
                                            Runnable action)                                            
public CompletableFuture<Void> runAfterBothAsync(CompletionStage<?> other,
                                                 Runnable action)
public CompletableFuture<Void> runAfterBothAsync(CompletionStage<?> other,
                                                 Runnable action)

当两个任务任意一个执行完成后，执行一个操作

public CompletableFuture<Void> runAfterEither(CompletionStage<?> other,
                                              Runnable action)
public CompletableFuture<Void> runAfterEitherAsync(CompletionStage<?> other,
                                                   Runnable action)
public CompletableFuture<Void> runAfterEitherAsync(CompletionStage<?> other,
                                                   Runnable action,Executor executor))

举例

public class Test_runAfterEither {
    public static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("我是任务1");
            return "a";
        },executor);

        CompletableFuture<Void> future = completableFuture.runAfterEitherAsync(CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                    System.out.println("我是任务2");
                    return "b";
                }),
                () -> System.out.println("两个任务执行完，我才执行"),executor);

        System.out.println("end");
        executor.shutdown();
    }

}

结果：

我是任务1
我是任务2
end
两个任务执行完，我才执行

Process finished with exit code 0

组合两个任务，处理后，返回一个结果

public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombine(CompletionStage<? extends U> other,
                                              BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn)
public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombineAsync(CompletionStage<? extends U> other,
                                                   BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn)
public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombineAsync(CompletionStage<? extends U> other,
                                                   BiFunction<? super T,? super U,? extends V> fn,, Executor executor)

举例

public class Test_thenCombine {
    public static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "a");

        CompletableFuture<Boolean> future = completableFuture.thenCombineAsync(CompletableFuture.supplyAsync(() -> 100),
                (s, i) -> {
                    System.out.println("s: " + s + " , i : " + i);
                    return true;
                }, executor);
        System.out.println(future.get());
        executor.shutdown();
    }
}

结果：

s: a , i : 100
true

Process finished with exit code 0

第一个任务的输出是第二个任务的输入

public <U> CompletableFuture<U> thenCompose(Function<? super T,? extends CompletionStage<U>> fn)
public <U> CompletableFuture<U> thenComposeAsync(Function<? super T,? extends CompletionStage<U>> fn)
public <U> CompletableFuture<U> thenComposeAsync(Function<? super T,? extends CompletionStage<U>> fn, Executor executor)

相当于一次级联操作

举例：

public class Test_thenCompose {
    public static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

    /**
     * public <U> CompletableFuture<U> thenComposeAsync(Function<? super T,? extends CompletionStage<U>> fn, Executor executor)
     */
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> completableFuture1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "我是任务1");
        CompletableFuture<String> completableFuture2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "我是任务2");
        CompletableFuture<String> future = completableFuture1.thenComposeAsync(s -> completableFuture2, executor);
        System.out.println(future.get());

        executor.shutdown();
    }
}

结果：

我是任务2

Process finished with exit code 0

中转方法

有返回值

当执行完成时执行的操作

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)

举例

public class Test_whenComplete {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");
        CompletableFuture<String> future = completableFuture.whenComplete((v, t)
                -> {
            System.out.println(v + " World !");
            //这个t是Throwable，只有报错了才会打印
            System.out.println(t);
        });
        System.out.println("future:" + future.get());
        Thread.currentThread().join();
    }
}

结果

Hello World !
Hello

分析

当执行完成时执行的回调方法
该方法会接收执行的结果以及异常
回调完成会，会把原来任务执行的结果传递回去
whenCompleteAsync是异步的；whenComplete是同步的，会卡住主线程

需要传递一个BiConsumer接口，如下所示：

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

public interface BiConsumer<T, U> {
    void accept(T t, U u);
 ｝

T是执行的结果，U是执行时产生的异常

级联操作

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)

举例

public class Test_thenApplyAsync {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");

        CompletableFuture<Integer> future = completableFuture.thenApplyAsync(t -> {
            String s = t + " World !";
            System.out.println(s);
            return s.length();
        });
        System.out.println(future.get());
        Thread.currentThread().join();
    }
}

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

public interface Function<T, R> {
    R apply(T t);
｝

结果

Hello World !
13

Process finished with exit code -1

分析

是一个级联操作，即拿着上个任务的结果，做下个任务，同时返回一个新的结果

处理结果的操作

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)

举例

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");

        CompletableFuture<Integer> future = completableFuture.handleAsync((s,t) -> {
            String aaa =  t + " World !";
            System.out.println(aaa);
            return aaa.length();
        });
        System.out.println(future.get());
        Thread.currentThread().join();
    }

}

结果：

Hello World !
13

分析：

相比于whenComplete返回值可以自己处理，相当于一次级联
相比于thenApply，可以处理异常

无返回值

处理结果

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)

举例

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");

        CompletableFuture<Void> future = completableFuture.thenAccept(t -> {
            String aaa =  t + " World !";
            System.out.println(aaa);
        });
        System.out.println(future.get());
        Thread.currentThread().join();
    }

}

结果

Hello World !
null

分析

相当于一次级联，但是没有返回值

执行完全部任务

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

分析

相较thenAccept，不处理任务的执行结果

终结方法

处理异常

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

public class Test_exceptionally {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            int a = 1 / 0;
            return "World ";
        });
        completableFuture.exceptionally(Throwable::getMessage).thenAccept(t -> {
            System.out.println(t);
        });

        Thread.currentThread().join();
    }
}

结果：

java.lang.ArithmeticException: / by zero

Process finished with exit code -1

立马获取结果

public T getNow(T valueIfAbsent)

举例

public class Test_getNow {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(
                () -> {
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    return "World";
                });

        
        String now = completableFuture.getNow("Hello");
        System.out.println(now);
        System.out.println(completableFuture.get());
        Thread.currentThread().join();
    }
}

结果

Hello
World

Process finished with exit code -1

分析

如果结果完成返回结果，如果未完成，返回传入进去的值

判断结果是否完成，如果未完成则赋予结果

public boolean complete(T value)

判断结果是否完成，如果未完成返回异常

public boolean completeExceptionally(Throwable ex)

后续获取结果会产生异常

public void obtrudeException(Throwable ex)

总结

thenAccept()处理正常结果；
exceptionally()处理异常结果；
thenApplyAsync()用于串行化另一个CompletableFuture；
anyOf()和allOf()用于并行化多个CompletableFuture。

参考：

《Java并发编程之美》

https://www.cnblogs.com/yuandengta/p/12887361.html