completablefuture和线程池

时间: 2023-04-29 10:03:02 浏览: 206

并发容器和线程池，java并发编程3

JDK提供的这些容器⼤部分在java.util.concurrent包中。我们挑选出⼀些⽐较有代表性的并发容器 1 类，来感受⼀下JDK⾃带的并发集合带来的“快感”。 ConcurrentLinkedQueue是⼀个基于链接节点的⽆界线程安全队列，它采⽤先进先出的规则对节点进⾏排序，当我们添加⼀个元素的时候，它会添加到队列的尾部，当我们获取⼀个元素时，它会返回队列头部的元素。 ● ConcurrentLinkedQueue算是在⾼并发环境中性能最好的队列。底层由单向链表组成，每个节点结构如下所示：在⼤多数的应⽤场景中，读操作的⽐例远远⼤于写操作。那么，当执⾏读操作的时候，对数据是没有修改的，所以，⽆须对数据进⾏加锁操作。⽽针对于写操作的场景中，则需要加锁来保证数据的正确性。 ● ⽽CopyOnWriteArrayList就可以满⾜上⾯所说的场景，即：读操作是不加锁的。⽽写操作也不会阻塞读的操作，它采⽤了CopyOnWrite⽅式来解决写操作的问题，即：写⼊操作时，进⾏⼀次⾃我复制产⽣⼀个副本，写操作就在副本中执⾏，写完之后，再将副本替换原来的数据。这样，就可以在写数据的 ### 并发容器和线程池 #### 一、并发容器 ##### 1.1 概述在Java中，为了提高程序的并发处理能力，Java标准库提供了多个线程安全的并发容器，它们主要位于`java.util.concurrent`包中。这些容器能够有效地管理共享资源的访问，并确保在多线程环境下数据的一致性和完整性。 ##### 1.2 ConcurrentHashMap `ConcurrentHashMap`是Java提供的一个高度优化的线程安全散列表。它采用了分段锁技术，将整个散列表分为多个段(segment)，每个段使用一个独立的锁来保护。这意味着多个线程可以同时访问不同的段而不会发生冲突，从而显著提高并发性能。 **特点**： - **非阻塞性**：采用非阻塞同步机制，减少了锁的竞争。 - **线程安全**：能够安全地被多个线程共享访问。 - **高性能**：通过分段锁技术实现高并发下的高效访问。 ##### 1.3 ConcurrentLinkedQueue `ConcurrentLinkedQueue`是一个基于链接节点的无界线程安全队列，它遵循先进先出(FIFO)原则。队列的插入操作发生在队列的尾部，而删除操作发生在队列的头部。 **特点**： - **无界队列**：理论上可以无限存储元素，但在实际应用中会受到内存限制。 - **高性能**：适用于大量线程进行读取操作的场景。 - **非阻塞性**：使用CAS(Compare and Swap)而非传统的锁机制来保证线程安全。 **构造函数与初始化**：在`ConcurrentLinkedQueue`的构造函数中，会创建一个空节点作为链表的第一个节点。 **add方法**： `ConcurrentLinkedQueue`的`add`方法用于向队列中添加元素。该方法使用CAS操作来实现线程安全的插入操作。 **remove方法**： `remove`方法用于从队列中删除元素。在删除操作中，需要考虑链表的动态变化情况，确保删除操作不会影响其他线程正在进行的操作。 **哨兵节点**：哨兵节点是一种特殊类型的节点，通常用于标记某些特殊情况，如队列为空或者某些操作失败等。在`ConcurrentLinkedQueue`中，哨兵节点可以帮助简化队列的操作逻辑。 ##### 1.4 CopyOnWriteArrayList `CopyOnWriteArrayList`是一个线程安全的列表实现，它的特点是读操作不加锁，而写操作（添加、删除）则会创建一个新副本并更新引用。 **特点**： - **读操作不加锁**：读操作直接从原始数组中读取数据。 - **写操作创建副本**：写操作会复制原始数组，并在副本上进行修改，最后将引用指向新的副本。 - **适合读多写少的场景**：因为写操作涉及到创建副本，所以在写操作较少的情况下性能较好。 **读操作**：读操作非常简单，只需要从数组中获取指定索引位置的元素即可。由于读操作不需要加锁，因此`get`方法是一个普通的方法。 **写操作**：写操作较为复杂，首先对原始数组进行加锁，然后创建一个新的数组作为副本，对副本进行操作，完成后将引用指向新的数组。由于数组是`volatile`修饰的，因此在多线程环境中具有可见性。 ##### 1.5 BlockingQueue `BlockingQueue`是一个支持阻塞操作的线程安全队列。它提供了一种机制，使得当队列满时，插入操作会等待直到队列有足够的空间；当队列为空时，移除操作会等待直到队列中有可用的元素。 **常用方法**： - `offer`：尝试添加一个元素到队列，如果队列已满，则返回`false`。 - `poll`：尝试从队列中移除一个元素，如果队列为空，则返回`null`。 - `put`：将元素插入队列，如果队列已满，则一直阻塞直到队列有足够的空间。 - `take`：从队列中移除一个元素，如果队列为空，则一直阻塞直到队列中有可用的元素。 **特点**： - **阻塞操作**：通过阻塞操作确保队列的容量得到充分利用。 - **线程安全**：内置同步机制确保线程安全。 - **灵活配置**：可以通过设置队列的最大容量来适应不同应用场景的需求。 #### 二、线程池线程池是一种管理多个线程执行任务的技术，它可以复用预先创建好的线程，避免频繁创建和销毁线程所带来的开销。 ##### 2.1 ThreadPoolExecutor `ThreadPoolExecutor`是最常用的自定义线程池实现，用户可以根据需求自定义线程池的核心参数，包括核心线程数、最大线程数、空闲线程存活时间等。 **特点**： - **自定义线程池**：可以根据具体需求定制线程池的行为。 - **灵活的任务调度**：支持多种拒绝策略，如丢弃任务、终止线程等。 - **监控和维护**：提供了丰富的监控接口，方便管理和维护线程池。 ##### 2.2 ForkJoinPool `ForkJoinPool`是专门用于支持分治算法的线程池实现，主要用于解决可以分解为多个子任务的计算密集型任务。 **特点**： - **分治算法**：通过递归分解任务，将大任务拆解为小任务并行处理。 - **工作窃取算法**：通过工作窃取算法平衡线程间的负载，提高执行效率。 - **高性能**：针对CPU密集型任务进行了优化，特别适合执行大量细粒度的任务。 #### 三、Future `Future`接口提供了获取异步计算结果的能力，它是Java并发编程中重要的API之一。 ##### 3.1 FutureTask `FutureTask`是`Future`接口的一个具体实现，它可以包装一个`Runnable`或`Callable`对象，并允许用户获取计算结果或取消任务。 **特点**： - **异步执行**：支持异步执行任务并获取结果。 - **取消任务**：提供取消任务的功能。 - **异常处理**：可以捕获并处理任务执行过程中抛出的异常。 ##### 3.2 CompletableFuture `CompletableFuture`是一个更加高级的异步编程模型，它结合了`Future`和`Promise`的思想，提供了更强大的功能，如组合多个异步任务、执行链式调用等。 **特点**： - **链式调用**：支持异步任务的链式调用，简化异步编程的复杂性。 - **组合操作**：提供多种组合操作方法，如`thenApply`、`thenCompose`等。 - **异常处理**：支持异常的传播和处理，提高了异步编程的灵活性。 Java提供的并发容器和线程池为开发人员提供了丰富的工具来构建高性能的并发应用程序。理解这些工具的工作原理和使用场景对于提高程序的并发性能至关重要。

CompletableFuture是Java 8中新增的一个类，用于异步编程和函数式编程。它可以让我们更方便地处理异步任务的结果，避免了回调地狱的问题。同时，它也提供了一些方法来处理多个异步任务的结果，如allOf()和anyOf()。线程池是Java中用于管理线程的机制。它可以让我们更好地控制线程的数量和生命周期，避免了频繁地创建和销毁线程的开销。通过线程池，我们可以将任务提交到线程池中，由线程池来管理线程的执行。线程池还可以提供一些配置选项，如线程数量、线程池类型等，以满足不同的需求。

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