Java并发体系-第三阶段-JUC并发包-[2]-【万字长文系列】

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关于Java并发系列的书籍笔者看过4本，Java并发的教程视频看了4个机构的视频。个人认为笔者的并发系列文章可能是市面上关于Java并发最详细，深度最深的文章。如果有更好的文章，读者可以在下方评论，为开源社区做点贡献，也为其他人提供帮助。

1|0Phaser工具

1|1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.

1|2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。

1|3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

​

​

​

1|4常用API

1|0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

1|0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();
        }
    }

}

1|0onAdvance()

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。

1|0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.");
}

1|0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

1|5监控API

1|0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：

0
1
2
3

1|0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

1|0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

1|6Phaser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。

2|0阻塞队列

2|1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

2|2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

2|3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

2|4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

1|0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();
    }

}

1|0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;
    }
}

3|0线程池

3|1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。

3|2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();
                    }
                });
    }

}

3|3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

3|4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

3|5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

3|6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

3|7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

3|8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。

4|0Executors

内置线程池用的不多，不用太在意

4|1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。

4|2newWorkStealingPool

 
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

4|3newScheduledThreadPool

 
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。

5|0ExecutorService

 
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。

6|0Future

6|1Future 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

6|2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。

6|3Future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

7|0CompletionService

7|1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：

7|2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

7|3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

7|4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

8|0CompleableFuture（重要，很常用）

8|1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

8|2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

8|3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。

1|0runAsync

 
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

1|0supplyAsync

 
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

1|0anyOf

 
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。

1|0allOf

 
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：

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最终得到的结果：hello.jpg=>黑色+256G=>华为

Process finished with exit code 0

8|4组合方法

1|0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

1|0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)

1|0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

1|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

1|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

8|5中转方法

1|0有返回值

1|0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

1|0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

1|0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

1|0无返回值

1|0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

1|0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

8|6终结方法

1|0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

1|0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

1|0判断结果是否完成，如果未完成则赋予结果

 
public boolean complete(T value)

1|0判断结果是否完成，如果未完成返回异常

 
public boolean completeExceptionally(Throwable ex)

1|0后续获取结果会产生异常

 
public void obtrudeException(Throwable ex)

9|0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。

10|0参考：

《Java并发编程之美》

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


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