java并发编程之二、分工

一、Thread Runnable Callable Future FutureTask

这几个类型是并发任务在java中最基本的映射，Thread以及Runnable以及Callable毋庸赘言了，Future对应的是一个异步任务的引用，可以用来获取一个异步任务的结果，也可以用来判断一个异步任务是否执行结束，还可以用来取消一个异步任务的执行，而FutureTask同时继承了Future和Runnable，所以作为一个工具类，他完全可以用来取代Runnable的使用，而且还更方便。

二、ThreadPoolExecutor

虽然我们认为线程是比进程轻量级的东西，但频繁的创建和销毁线程也是非常耗费资源的，所以一般建议在频繁使用线程的地方，尽量使用线程池。在java中可以通过Executors的静态方法来获取相应的线程池，既可以是一般的ExecutorService，也可以是具有定时功能的ScheduledExecutorService，这两个接口都提供了提交异步任务的接口，但隐藏了底层线程池的创建逻辑，但线程池的最优实践一般建议我们自定义自己的线程池，这样你可以更清楚自己所使用的线程池的特性，比如采用何种队列，线程的存在时间，线程的名称等。这里先回顾一下创建线程池的几个核心参数。

• 构建
  • corePoolSize，线程池的最小线程数，可以评估一个线程池的日常使用的线程数。
  • maximumPoolSize，线程池的最大线程数，假如业务面临一个小高峰，则需要新建线程，但也不能多于这个参数。
  • keepAliveTime&unit，定义当一个线程闲置了多长时间需要回收，比如业务小高峰过去了，不会立刻回收线程，而是需要等待一段时间。
  • workQueue，这个阻塞队列也是很重要的一个参数，采用有界队列还是无界队列，默认的队列很多都是无界队列，如果无限制的加入队列，也会导致OOM等其他问题。
  • threadFactory，通过线程工厂，你可以给线程池创建的线程一些默认的属性，比如线程的名称，有助于后期调试时识别。
  • handler，定义当线程池已满并且队列已满（有界队列）时，如何处理提交的异步任务，包括AbortPolicy（拒绝任务并抛出异常）、CallerRunsPolicy（在调用者自己的线程执行任务）、DiscardOldestPolicy（抛弃最久的任务然后再次尝试提交）和DiscardPolicy（静默抛弃任务）。
• 异常，线程池异常处理的最佳实践是总是在使用线程池的地方使用try/catch来捕获最多的异常，而不仅仅是依赖线程池自己的异常处理逻辑。

三、ForkJoinPool

针对普通的线程池应用，使用ThreadPoolExecutor就可以了，但是如果任务具有分治的特点，则推荐使用ForkJoinPool来提交，他有自己的一套机制，能够更高效的执行任务。

在ForkJoinPool中一般通过ForkJoinTask来提交任务，而在实现中一般通过ForkJoinTask 的两个抽象子类——RecursiveAction 和 RecursiveTask来构建ForkJoinTask，其中RecursiveAction没有返回值，而RecursiveTask具有返回值，可以根据需要进行选择。

四、CompletableFuture

CompletableFuture是在java 1.8中提出的同步转异步的工具类，具有非常强大的表达能力，通过使用CompletableFuture你能够像编写同步代码一样编写异步代码，由于功能强大，所以学习起来有点麻烦，但一旦真的学会了，相信会让你不由得赞叹。需要注意的一点是，CompletableFuture默认使用ForkJoinPool作为线程池，也可以自己提供线程池。

• 构建，CompletableFuture提供了若干的静态方法，通过静态方法可以很容易的构建相应的实例。
• 表达，CompletableFuture提供了很多表达语句，汇总之后可以分为下面几类：
  • 串行，主要是 thenApply、thenAccept、thenRun 和 thenCompose 这四个系列的接口，表达的是执行完一个异步任务之后执行下一个异步任务。
  • 汇聚，主要是 thenCombine、thenAcceptBoth 和 runAfterBoth 系列的接口，表达的是两个异步任务执行完之后执行下一个任务。
  • 异或，主要是 applyToEither、acceptEither 和 runAfterEither 系列的接口，表达的是两个异步任务任何一个执行完之后执行下一个任务。
• 异常，异步编程中无法使用try/catch机制来捕获异常，不过CompletableFuture同样提供了exceptionally、whenComplete和handle三个接口来使用，exceptionally明显是用在异常处理中，而whenComplete相当于语言中的finally，而handle在于whenComplete相同功能的同时支持返回结果。

五、CompletionService

CompletionService是Java提供的并发执行的工具类，它解耦了异步任务的提交者和异步任务结果的消费者，也是一种producer-consumer的实现。使用CompletionService的典型场景如下：

• 批量异步提交，批量异步获取，异步任务的生产者只负责向线程池中提交任务，不负责任务的处理，而异步结果的消费者，可以方便的拿到所有异步任务的结果，并且异步结果的获取严格依赖于异步任务完成的时间，即消费者会按照异步任务的完成时间拿到相应的异步处理结果，这在某些场景下会非常有效。
• 批量异步提交，获取最快结果，这个场景其实是对上面场景的一个深化，虽然通过CompletionService可以拿到所有的异步结果，但是对于某些操作，可能只需要最快返回的那个，其余的异步操作就可以取消了。比如在服务端同时在几个数据中心进行查询，最先返回的结果会被使用，而其他请求会被取消。