springBoot 多线程+线程池处理+等待获取执行结果Future

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。

优点
重用存在的线程，减少对象创建、消亡的开销，性能佳。
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。
提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。

在springboot项目中一般使用方法二。

一、方法一(CountDownLatch)

public class StatsDemo {
    final static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat(
            "yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

    final static String startTime = sdf.format(new Date());

    /**
     * IO密集型任务  = 一般为2*CPU核心数（常出现于线程中：数据库数据交互、文件上传下载、网络数据传输等等）
     * CPU密集型任务 = 一般为CPU核心数+1（常出现于线程中：复杂算法）
     * 混合型任务  = 视机器配置和复杂度自测而定
     */
    private static int corePoolSize = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    /**
     * public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,
     *                           TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue)
     * corePoolSize用于指定核心线程数量
     * maximumPoolSize指定最大线程数
     * keepAliveTime和TimeUnit指定线程空闲后的最大存活时间
     * workQueue则是线程池的缓冲队列,还未执行的线程会在队列中等待
     * 监控队列长度，确保队列有界
     * 不当的线程池大小会使得处理速度变慢，稳定性下降，并且导致内存泄露。如果配置的线程过少，则队列会持续变大，消耗过多内存。
     * 而过多的线程又会 由于频繁的上下文切换导致整个系统的速度变缓——殊途而同归。队列的长度至关重要，它必须得是有界的，这样如果线程池不堪重负了它可以暂时拒绝掉新的请求。
     * ExecutorService 默认的实现是一个无界的 LinkedBlockingQueue。
     */
    private static ThreadPoolExecutor executor  = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, corePoolSize+1, 10l, TimeUnit.SECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(1000));

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(5);
        //使用execute方法
          executor.execute(new Stats("任务A", 1000, latch));
          executor.execute(new Stats("任务B", 1000, latch));
          executor.execute(new Stats("任务C", 1000, latch));
          executor.execute(new Stats("任务D", 1000, latch));
          executor.execute(new Stats("任务E", 1000, latch));
        latch.await();// 等待所有人任务结束
        System.out.println("所有的统计任务执行完成:" + sdf.format(new Date()));
    }

    static class Stats implements Runnable  {
        String statsName;
        int runTime;
        CountDownLatch latch;

        public Stats(String statsName, int runTime, CountDownLatch latch) {
            this.statsName = statsName;
            this.runTime = runTime;
            this.latch = latch;
        }

        public void run() {
            try {
                System.out.println(statsName+ " do stats begin at "+ startTime);
                //模拟任务执行时间
                Thread.sleep(runTime);
                System.out.println(statsName + " do stats complete at "+ sdf.format(new Date()));
                latch.countDown();//单次任务结束，计数器减一
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

二、方法二(Future)

重点是和springBoot整合，采用注解bean方式生成ThreadPoolTaskExecutor
在springBoot项目中开启异步线程需要满足一下几点

• 在启动类加入异步线程注解@EnableAsync
• 创建线程池并创建Bean实例

1. 自定义线程池

@Configuration
//@EnableAsync
public class ThreadPoolConfig
{

    /**
     *   默认情况下，在创建了线程池后，线程池中的线程数为0，当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，
     *  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当中；
     *  当队列满了，就继续创建线程，当线程数量大于等于maxPoolSize后，开始使用拒绝策略拒绝
     */

    /**
     * 获得Java虚拟机可用的处理器个数 + 1
     */
    private static final int THREADS = Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1;

    @Value("${async.executor.thread.core_pool_size:0}")
    public static int corePoolSizeConfig;
    // 核心线程池大小
    public static int corePoolSize = corePoolSizeConfig ==0 ? THREADS : corePoolSizeConfig;

    // 最大可创建的线程数
    //@Value("${async.executor.thread.max_pool_size}")
    private int maxPoolSize = 2 * THREADS;;

    // 队列最大长度
    //@Value("${async.executor.thread.queue_capacity}")
    private int queueCapacity = 1024;

    // 线程池维护线程所允许的空闲时间
    //@Value("${async.executor.thread.keep_alive_seconds}")
    private int keepAliveSeconds = 300;


    //线程池名前缀 
    //@Value("${async.executor.thread.threadNamePrefix}")
    private static final String threadNamePrefix = "Async-Service-";

    @Bean(name = "threadPoolTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTaskExecutor()
    {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);
        executor.setCorePoolSize(corePoolSize);
        executor.setQueueCapacity(queueCapacity);
        executor.setKeepAliveSeconds(keepAliveSeconds);
        executor.setThreadNamePrefix(threadNamePrefix);
        // 线程池对拒绝任务(无线程可用)的处理策略
       // CallerRunsPolicy：由调用线程（提交任务的线程）处理该任务
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
      // 初始化
        executor.initialize();
        return executor;
    }

}

2. 异步执行方法

启动类添加@EnableAsync注解

@SpringBootApplication
@EnableAsync
@EnableScheduling
public class DemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);
    }

}

service层方法

@Service
public class AsyncInvokeService {

    @Async("threadPoolTaskExecutor")
    public Future<Boolean> exec1(String name) {
        System.out.println("子线程 name -->" + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println(name);
        Thread.sleep(10000);
        return new AsyncResult<>(true);
    }

    @Async("threadPoolTaskExecutor")
    public Future<Boolean> exec2(String phone) {
        System.out.println("子线程 name -->" + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println(phone);
        Thread.sleep(10000);
        return new AsyncResult<>(true);
    }

3. 多线程执行返回结果

    @GetMapping("/gettest")
    public String b() throws InterruptedException, ExecutionException {
        Future<Boolean> future1 = asyncInvokeService.exec1("张三");
        Future<Boolean> future2 = asyncInvokeService.exec2("15618881888");

        List<Future<Boolean>> futureList = new ArrayList<>();      
        futureList.add(future1);
        futureList.add(future2);

        //查询任务执行的结果
        for (Future<?> future : futureList) {
            while (true) {//CPU高速轮询：每个future都并发轮循，判断完成状态然后获取结果，这一行，是本实现方案的精髓所在。即有10个future在高速轮询，完成一个future的获取结果，就关闭一个轮询
                if (future.isDone() && !future.isCancelled()) { //获取future成功完成状态，如果想要限制每个任务的超时时间，取消本行的状态判断+future.get(1000*1, TimeUnit.MILLISECONDS)+catch超时异常使用即可。
                    Boolean result = future.get();//获取结果
                    System.out.println("任务i=" + i + "获取完成!" + new Date());
                    list.add(result);
                    break;//当前future获取结果完毕，跳出while
                } else {
                    Thread.sleep(1);//每次轮询休息1毫秒（CPU纳秒级），避免CPU高速轮循耗空CPU---》新手别忘记这个
                }
            }
        }
        return "执行成功！！";
    }

三、方法三(CompletableFuture)

示例：

1、线程池

@Configuration
//@EnableAsync
public class ThreadPoolConfig {

    /**
     *   默认情况下，在创建了线程池后，线程池中的线程数为0，当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，
     *  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当中；
     *  当队列满了，就继续创建线程，当线程数量大于等于maxPoolSize后，开始使用拒绝策略拒绝
     */

    /**
     * 获得Java虚拟机可用的处理器个数 + 1
     */
    private static final int THREADS = Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1;

    //    @Value("${async.executor.thread.core_pool_size:0}") //可在配置文件配置核心线程数
    public static int corePoolSizeConfig = 0;
    // 核心线程池大小
    public static int coreIoPoolSize = (corePoolSizeConfig == 0 ? THREADS : corePoolSizeConfig) * 4;

    // 最大可创建的线程数
    //@Value("${async.executor.thread.max_pool_size}")
    private int maxIoPoolSize = 4 * 2 * THREADS;

    // 核心线程池大小
    public static int coreCpuPoolSize = corePoolSizeConfig == 0 ? THREADS : corePoolSizeConfig;

    // 最大可创建的线程数
    //@Value("${async.executor.thread.max_pool_size}")
    private int maxCpuPoolSize = 2 * THREADS;


    // 队列最大长度
    //@Value("${async.executor.thread.queue_capacity}")
    private int queueCapacity = 1024;

    // 线程池维护线程所允许的空闲时间
    //@Value("${async.executor.thread.keep_alive_seconds}")
    private int keepAliveSeconds = 60;


    //线程池名前缀
    //@Value("${async.executor.thread.threadNamePrefix}")
    private static final String threadNamePrefix = "Async-Service-";

    /**
     * IO 密集类型线程池 （corePoolSize 核心线程 和 maxPoolSize最大线程数比cpu核数翻4倍）
     *
     * @return
     */
    @Bean(name = "threadIoPoolTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor threadIoPoolTaskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setMaxPoolSize(maxIoPoolSize);
        executor.setCorePoolSize(coreIoPoolSize);
        executor.setQueueCapacity(queueCapacity);
        executor.setKeepAliveSeconds(keepAliveSeconds);
        executor.setThreadNamePrefix(threadNamePrefix);
        // 线程池对拒绝任务(无线程可用)的处理策略
        // CallerRunsPolicy：由调用线程（提交任务的线程）处理该任务
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        // 初始化
        executor.initialize();
        return executor;
    }

    /**
     * cpu 密集类型线程池
     *
     * @return
     */
    @Bean(name = "threadCpuPoolTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor threadCpuPoolTaskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setMaxPoolSize(maxCpuPoolSize);
        executor.setCorePoolSize(coreCpuPoolSize);
        executor.setQueueCapacity(queueCapacity);
        executor.setKeepAliveSeconds(keepAliveSeconds);
        executor.setThreadNamePrefix(threadNamePrefix);
        // 线程池对拒绝任务(无线程可用)的处理策略
        // CallerRunsPolicy：由调用线程（提交任务的线程）处理该任务
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        // 初始化
        executor.initialize();
        return executor;
    }


}

2、调用

@Service
@Slf4j
public class TestServiceImpl  implements TestService {
    @Autowired
    private Executor threadIoPoolTaskExecutor;
    
    public void testCompletableFuture(){

        //并行调用 提供执行效率
        CompletableFuture<String> a = CompletableFuture.supplyAsync(() -> testAsync("a"), threadIoPoolTaskExecutor);
        CompletableFuture<String> b = CompletableFuture.supplyAsync(() -> testAsync("b"), threadIoPoolTaskExecutor);
        CompletableFuture<String> c = CompletableFuture.supplyAsync(() -> testAsync("c"), threadIoPoolTaskExecutor);

        try {
            String resultA = a.get();
            String resultB = b.get();
            String resultC = c.get();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public String testAsync(String s){
        //耗时操作
        
        return s;
    }
}

参考：
SpringBoot线程池ThreadPoolExecutor
SpringBoot线程池ThreadPoolTaskExecutor