多线程批量执行任务简单实例(CompletableFuture)

2023-11-11

创建线程的四种方式

1、extendds Thred类 .start()

2、implements Runnable接口 new Thread(new MyRun()).start();

3、ListenableFuture

  1. CompletableFuture (推荐)

一、lambda表达式 new Thread(()->{}).start();

for(int i=0;i<100;i++){
    new Thread(()->{
        System.out.println(">>>>>>开始了1个线程"+new Date());
    }).start();
}

//通过join()方法使当前线程“阻塞”,等待指定线程执行完毕后继续执行。

举例:在线程thread2中,加上一句thread1.join(),其意义在于,当前线程2运行到此行代码时会进入阻塞状态,直到线程thread1执行完毕后,线程thread2才会继续运行,这就保证了线程thread1与线程thread2的运行顺序。

public class ThreadJoinDemo {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    final Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        System.out.println("打开冰箱!");
      }
    });
 
    final Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        try {
          thread1.join();
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("拿出一瓶牛奶!");
      }
    });
 
    final Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        try {
          thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
          e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("关上冰箱!");
      }
    });
 
    //下面三行代码顺序可随意调整,程序运行结果不受影响,因为我们在子线程中通过“join()方法”已经指定了运行顺序。
    thread3.start();
    thread2.start();
    thread1.start();
 
  }
}

打开冰箱!

拿出一瓶牛奶!

关上冰箱!

new Thread的弊端如下:

a. 每次new Thread新建对象性能差。

b. 线程缺乏统一管理,可能无限制新建线程,相互之间竞争,及可能占用过多系统资源导致死机或oom。

c. 缺乏更多功能,如定时执行、定期执行、线程中断。

相比new Thread,Java提供的四种线程池的好处在于:

a. 重用存在的线程,减少对象创建、消亡的开销,性能佳。

b. 可有效控制最大并发线程数,提高系统资源的使用率,同时避免过多资源竞争,避免堵塞。

c. 提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。

二、Java 线程池

Java通过Executors提供四种线程池,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。

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。

(1). 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。示例代码如下:

ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
     final int index = i;
     try {
         Thread.sleep(index * 1000);
     } catch (InterruptedException e) {
         e.printStackTrace();
     }

     cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
         @Override
         public void run() {
         System.out.println(index);
         }
     });
}

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

(2). 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。示例代码如下:

ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int index = i;
    fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(index);
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
}

因为线程池大小为3,每个任务输出index后sleep 2秒,所以每两秒打印3个数字。

定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()。可参考PreloadDataCache

(3) newScheduledThreadPool

创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下:

ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5); 

scheduledThreadPool.schedule(new Runnable(){
     @Override 
     public void run (){ 
         System.out.println("delay 3 seconds") ;   
     }
},3,TimeUnit.SECONDS); 

表示延迟3秒执行。

定期执行示例代码如下:

scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
    }
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);

表示延迟1秒后每3秒执行一次。

ScheduledExecutorService比Timer更安全,功能更强大,后面会有一篇单独进行对比。

(4)、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。示例代码如下:

ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int index = i;
    singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(index);
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
}

结果依次输出,相当于顺序执行各个任务。

现行大多数GUI程序都是单线程的。Android中单线程可用于数据库操作,文件操作,应用批量安装,应用批量删除等不适合并发但可能IO阻塞性及影响UI线程响应的操作。

CompletableFuture解决的问题(推荐)

参考文章:https://zhuanlan.zhihu.com/p/515993095

CompletableFuture是由Java 8引入的,在Java8之前我们一般通过Future实现异步。

  • Future用于表示异步计算的结果,只能通过阻塞或者轮询的方式获取结果,而且不支持设置回调方法,Java 8之前若要设置回调一般会使用guava的ListenableFuture,回调的引入又会导致臭名昭著的回调地狱(下面的例子会通过ListenableFuture的使用来具体进行展示)。

  • CompletableFuture对Future进行了扩展,可以通过设置回调的方式处理计算结果,同时也支持组合操作,支持进一步的编排,同时一定程度解决了回调地狱的问题。

下面将举例来说明

我们通过ListenableFuture、CompletableFuture来实现异步的差异。

假设有三个操作step1、step2、step3存在依赖关系,其中step3的执行依赖step1和step2的结果。

Future(ListenableFuture)的实现(回调地狱)如下:

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
ListeningExecutorService guavaExecutor = MoreExecutors.listeningDecorator(executor);
ListenableFuture<String> future1 = guavaExecutor.submit(() -> {
    //step 1
    System.out.println("执行step 1");
    return "step1 result";
});
ListenableFuture<String> future2 = guavaExecutor.submit(() -> {
    //step 2
    System.out.println("执行step 2");
    return "step2 result";
});
ListenableFuture<List<String>> future1And2 = Futures.allAsList(future1, future2);
Futures.addCallback(future1And2, new FutureCallback<List<String>>() {
    @Override
    public void onSuccess(List<String> result) {
        System.out.println(result);
        ListenableFuture<String> future3 = guavaExecutor.submit(() -> {
            System.out.println("执行step 3");
            return "step3 result";
        });
        Futures.addCallback(future3, new FutureCallback<String>() {
            @Override
            public void onSuccess(String result) {
                System.out.println(result);
            }        
            @Override
            public void onFailure(Throwable t) {
            }
        }, guavaExecutor);
    }

    @Override
    public void onFailure(Throwable t) {
    }}, guavaExecutor);

CompletableFuture的实现如下:

//创建线程池,防止主线程结束造成其他线程终止运行,可以指定线程池中线程的数量
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
CompletableFuture<String> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("执行step 1");
    return "step1 result";
}, executor);
CompletableFuture<String> cf2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("执行step 2");
    return "step2 result";
});
cf1.thenCombine(cf2, (result1, result2) -> {
    System.out.println(result1 + " , " + result2);
    System.out.println("执行step 3");
    return "step3 result";
}).thenAccept(result3 -> System.out.println(result3));

//关闭线程池
executor.shutdown();

显然,CompletableFuture的实现更为简洁,可读性更好。

  • 整个流程的结束依赖于三个以上的步骤CF1、CF2、CF3、CF4、CF5,这种多元依赖可以通过allOf或anyOf方法来实现,区别是当需要多个依赖全部完成时使用allOf,当多个依赖中的任意一个完成即可时使用anyOf,如下代码所示:

//创建线程池,防止主线程结束造成其他线程终止运行,可以指定线程池中线程的数量
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
CompletableFuture<String> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    try {
        Thread.sleep(2000L);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("执行step 1");
    return "step1 result";
}, executor);
CompletableFuture<String> cf2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("执行step 2");
    return "step2 result";
}, executor);

CompletableFuture<String> cf3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("执行step 3");
    return "step3 result";
}, executor);

CompletableFuture<String> cf4 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("执行step 4");
    return "step4 result";
}, executor);

CompletableFuture<String> cf5 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("执行step 5");
    return "step5 result";
}, executor);

CompletableFuture<Void> cf6 = CompletableFuture.allOf(cf1,cf2,cf3, cf4, cf5);
CompletableFuture<String> result = cf6.thenApply(v -> {
    //这里的join并不会阻塞,因为传给thenApply的函数是在CF3、CF4、CF5全部完成时,才会执行 。
    String result1 = cf1.join();
    String result2 = cf2.join();
    String result3 = cf3.join();
    String result4 = cf4.join();
    String result5 = cf5.join();
    System.out.println(result1+","+result2+","+result3+","+result4+","+result5);
    //根据result3、result4、result5组装最终result;
    return "resultAll";
});

//关闭线程池
executor.shutdown();
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