关于多线程:Java多线程编程范式一-协作范式

前言

原本本篇有个前置文章，然而有点卡文，所以本篇放大了须要的前置内容，浏览本篇须要晓得线程、线程池的概念。

Java中任意一段代码在执行的时候都在一个线程当中。

CountDownLatch 示例

假如你须要在某个办法中，前面的操作你委托给了线程池进行解决，然而你心愿提交给线程池的工作处理完毕，办法才接着执行，这也就是线程相互期待:

public static void main(String[] args) {
    // 执行main办法的是main线程 
    doSomeThing();
    // 心愿将requestThread办法委托给线程池解决
    // doThing办法在requestThread办法执行之后执行
    requestThread();
    doThing();
}

咱们就能够这么写:

public class CountDownLatchDemo {

    /**
     * 举荐用ThreadPoolExecutor来创立线程池
     */
  private static final ExecutorService EXECUTOR_SERVICE = Executors.newFixedThreadPool(4);

  public static void main(String[] args) {
        doSomeThing();
        // 心愿将requestThread办法委托给线程池解决
        // doThing办法在requestThread办法执行之后执行
          // 构造函数代表只有一个工作须要委托给线程池来实现
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
        EXECUTOR_SERVICE.submit(()->{
            try {
                requestThread();
            }catch (Exception e){
                // 做日志输入
            }finally {      
                //countDown 办法代表实现一个工作
                countDownLatch.countDown();
            }
        });
        try {
            // 如果requestThread办法没被执行完,count的调用次数不等于咱们在构造函数中给定的次数
            // 调用此行代码的线程会陷入阻塞
            countDownLatch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            // 做日志输入
            e.printStackTrace();
        }
        doThing();
  }
}

下面这种是工作实现了接着执行上面的代码，其实咱们也能够反着用，假如在某场景下，多个线程须要期待一个线程的后果，相似于赛跑，主线程是给信号的人，其余线程是运动员:

public class CountDownLatchDemo {

    /**
     * 举荐用ThreadPoolExecutor来创立线程池
     */
  private static final ExecutorService EXECUTOR_SERVICE = Executors.newFixedThreadPool(4);

    public static void main(String[] args) {
        //一共四个运动员
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
        playerWait(countDownLatch);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"裁判开枪:");
        countDownLatch.countDown();
        EXECUTOR_SERVICE.shutdown();
    }

    private static void playerWait(CountDownLatch countDownLatch) {
        // 一共四个运动员
        for (int i = 0; i < 4 ; i++) {
            EXECUTOR_SERVICE.submit(()->{
                try {             
                    countDownLatch.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"听到了枪声开始跑");
            });
        }
    }

下面两种其实就是CountDownLatch的经典用法:

一个线程期待线程池的工作处理完毕再接着往下执行
线程池的工作期待主线程执行结束再接着往下执行。

总结一下CountDownLatch，CountDownLatch的构造方法用于指定工作数，调用countDown办法一次代表实现一个工作，如果没有实现所有工作数，调用await办法的线程会陷入阻塞，实现了所有工作数之后，调用await办法陷入阻塞的线程会被唤醒。

一个线程池期待线程池的工作处理完毕再接着往下执行，其实还有另一种简洁的写法，即用CompletabeFuture来写。

CompletableFuture 示例

计算模型

public static void main(String[] args) {
    // doSomeThing  requestThread doThing 都是空办法
    // 不给出具体实现
    doSomeThing(); 
    CompletableFuture.runAsync(()->{  
        requestThread();
    },EXECUTOR_SERVICE).exceptionally(e->{
        System.out.println(e);
        return null;
    }).join();
    doThing();
    EXECUTOR_SERVICE.shutdown();
}

CompletableFuture办法中的runAsync中第一个参数是Runnable，第一个参数是Executor。代表咱们批示CompletableFuture用咱们提供的线程池执行Runable工作。在runAsync办法中产生异样进入exceptionally中。join办法用于获取runAsnc的计算结果，如果计算未完会陷入期待。get办法和join办法相似都是用于获取最初的计算结果，然而get办法强制要求解决计算过程中的异样，也就是get办法上有查看异样，join上是未查看性异样。

CompletableFuture 提供的线程计算模型是丰盛的，粗略的能够这么说，咱们有一个工作咱们将其宰割为若干个阶段，不同的阶段委托给不同的线程进行解决，有点流水线的感觉。假如咱们有两个运算，咱们将这两个运算给线程池，然而咱们心愿这两个运算实现触发某个办法或者是做个某操作，或者是回调。计算模型如下图所示:

这正是CompletableFuture的典型利用场景，咱们用代码模仿如下:

public class CompletableFutureDemo {
    // 理论我的项目中举荐用ThreadPoolExecutor创立线程池
    private static final ExecutorService EXECUTOR_SERVICE = Executors.newFixedThreadPool(4);
    
    public static void main(String[] args) {
        CompletableFuture<String> operationTwoTask = CompletableFuture.supplyAsync(() -> operationTwo(),EXECUTOR_SERVICE);
        CompletableFuture<String> operationOneTask = CompletableFuture.supplyAsync(() -> operationOne(),EXECUTOR_SERVICE);
        String finalResult = operationOneTask.thenCombineAsync(operationTwoTask, (o1, o2) -> {
            System.out.println(o2);
            System.out.println(o1);
            StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
            stringBuilder.append(o1).append(o2);
            System.out.println("合并运算一和运算二的后果:" + stringBuilder.toString());
            return stringBuilder.toString();
        },EXECUTOR_SERVICE).join();
        System.out.println(finalResult);
        EXECUTOR_SERVICE.shutdown();
    }

    private static String operationTwo() {
        System.out.println("运算二实现");
        return "运算二实现";
    }

    private static String  operationOne() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("运算一实现");
        return "运算一实现";
    }
}

有同学看到这里可能会问，那如果我只须要解决这两个运算值，只须要在回调外面解决不须要返回，那thenCombineAsync不是满足不了我的需要了吗？对啊，这个不满足你需要，你能够用thenAcceptBoth就行了，CompletableFuture合并后果的办法如下:

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) 
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)

如果不相熟函数式编程，可能看这些办法签名会有些头疼，然而本篇只要求你懂一点Java中的Lambda函数的基本知识即可。第二个参数用于接两个运算的值，第一个参数给CompletableFuture的supplyAsync的返回就行。BiFunction和BiConsumer这两个函数式接口的区别在于，BitFunction要求给的Lambda函数有返回值，而BitConsumer是无返回值的。第三个参数如果不给的话，如果用的办法是带Async的，则会启用CompletableFuture内置的线程池，不举荐应用CompletableFuture内置的线程池来执行合并行为。不带Async的是用前两个运算中率先实现工作的线程来执行合并运算。

下面咱们讲的是计算模型是CompletableFuture反对的一种模型: 二元依赖。事实上CompletableFuture能够反对零元依赖、一元依赖、二元依赖、多元依赖。依赖的意思是某个回调须要满足某些条件能力触发，零元依赖是不须要任何依赖，间接异步执行一个办法，像上面这样:

 public static void main(String[] args) {
        // 线程池用的还是上文的线程池,这里不再贴出
        // 创立零元依赖的第一种形式
        // 第一个参数用的是Lambda表达式 传入的办法体就是打印并返回hello world
        CompletableFuture<String> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("hello world");
            return "hello world";
        }, EXECUTOR_SERVICE);
        // 形式二 通过静态方法创立
        CompletableFuture<String> cf2 = CompletableFuture.completedFuture("complete");
        System.out.println(cf2);
        // 形式三 经常被用来将一个一般的回调办法转换为CompletableFuture,纳入到CompletableFuture的编排中
        CompletableFuture cf3 = new CompletableFuture();
        cf3.complete("complete");
        System.out.println(cf3);
}

其实上周这篇文章没发的一个起因就是我不了解CompletableFuture的completedFuture、complete办法，我不了解这两个办法是做啥用的，因为我将其类比到了Stream流的收集操作，认为是最终的工作实现之后会触发这个办法，但这个办法接管的是人一个值，这里我就又想不通了。其实咱们能够将complete 办法能够了解为工作的终点。后面的例子一个典型的例子就是咱们晓得工作的终点，所以依据工作的不同类型抉择runAsync(无返回值给下个阶段做运算)，supplyAsync(有返回值给下个阶段做运算), 然而有一种计算模型是被咱们所疏忽的，即内部告诉咱们开始计算:

private static void noticeCompute() {
   //EXECUTOR_SERVICE 是一个线程池
    CompletableFuture completableFuture = new CompletableFuture();
        completableFuture.thenAcceptAsync(lastResult->{
            System.out.println(lastResult);
    },EXECUTOR_SERVICE);
  // ompletableFuture.complete("hello world");  语句一
}

其实能够间接看出下面的代码什么也不会输入，起因在于thenAcceptAsync并未接管到值，咱们解除语句一的正文，就能输入hello world。我将complete办法了解为告诉，像是多米诺骨牌的第一张倒下的牌。下面咱们介绍的是二元依赖，这是一个比拟显明的例子，二元依赖的合作工作都能实现，那就意味着能实现一元依赖或者多元依赖运算。所谓一元依赖运算指的是咱们有两个执行办法，权且称之为办法一和办法二，办法一是工作的终点，办法二依赖办法一的后果，更为艰深一点的介绍是办法一的返回后果是办法二的入参，如上面的代码所示:

 private static void oneDemo() {
    String methodOneResult = methodOne();
    methodTwo(methodOneResult);
 }

如果想将办法methodOne、methodTwo办法都各自委托给一个线程来实现下面的工作，咱们用CompletableFuture能够这么写

private static void oneAsyncDemo() {
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> methodOne(),EXECUTOR_SERVICE).thenAcceptAsync(lastResult-> methodTwo(lastResult),EXECUTOR_SERVICE);
    }

有同学看到这里可能会说，thenAcceptAsync承受的lambda表达式没有返回值，那如果我还想用methodTwo办法的返回值怎么办，CompletableFuture也早有筹备，能够用thenSupplyAsync接口。其实看到这里咱们曾经能够大抵总结进去CompletableFuture办法的法则了：

带supply办法要求给的lambda表达式有返回值
带accept办法要求给的lambda表达式无返回值
办法名带async的会启用一个线程去执行传入的lambda表达式
合并两个线程的计算结果, 带combine承受的lambda表达式的要求有返回值，带accept承受的lambda表达式不要求有返回值。
join 和 get办法都用来获取计算结果，get 办法有查看异样，要求开发者强制解决。

上面咱们来介绍多元依赖运算，所谓多元依赖运算艰深的讲就是咱们四个办法: 办法一、办法二、办法三、办法四。办法四须要在办法一、办法二、办法三执行结束之后才执行，同时依据三个办法的返回值进行运算, 同步的写法如下图所示：

 private static void multiDemo() {
        String resultOne = methodOne();
        String resultTwo = methodTwo("");
        String resultThree = methodThree("");
        methodFour(resultOne,resultTwo,resultThree);  
 }

下面的methodFour办法是用三个办法的返回值作为入参，如果将下面四个办法都各自委托给一个线程进行计算，咱们能够这么做:

private static void multiAsyncDemo() {
        CompletableFuture<String> oneFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> methodOne(),EXECUTOR_SERVICE);
        CompletableFuture<String> twoFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> methodTwo(""),EXECUTOR_SERVICE);
        CompletableFuture<String> threeFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> methodThree(""),EXECUTOR_SERVICE);
        CompletableFuture<Void> cf = CompletableFuture.allOf(oneFuture, twoFuture, threeFuture);
        cf.thenAcceptAsync(o->{
            // thenAcceptAsync 在oneFuture、twoFuture、threeFuture计算实现之后,才会执行
            // 所以这里能够间接调用join办法拿后果
            String resultOne = oneFuture.join();
            String resultTwo = twoFuture.join();
            String resultThree = threeFuture.join();
            System.out.println(resultOne+resultTwo+resultThree);
        },EXECUTOR_SERVICE);
 }

那有同学看到这里就会问了，那如果我想要methodOne、methodTwo、methodThree任意一个返回后果，我该怎么写，CompletableFuture提供了anyOf，写法示例如下图所示:

 private static void multiAsyncAnyDemo() {
        CompletableFuture<String> oneFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> methodOne(),EXECUTOR_SERVICE);
        CompletableFuture<String> twoFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> methodTwo(""),EXECUTOR_SERVICE);
        CompletableFuture<String> threeFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> methodThree(""),EXECUTOR_SERVICE);
        CompletableFuture<Object> cf3 = CompletableFuture.anyOf(oneFuture, twoFuture, threeFuture);
        cf3.thenAcceptAsync(result ->{
            System.out.println("我是最初后果"+result);
        });
 }

其实下面的二元依赖还有一种模型被咱们所疏忽，如下图所示:

运算三接管运算一、运算二的哪一个后果都行，CompletableFuture的示例如下图所示:

 private static void anyTwoResult() {
        CompletableFuture<String> oneFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> methodOne(),EXECUTOR_SERVICE);
        CompletableFuture<String> twoFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> methodTwo(""),EXECUTOR_SERVICE);
        oneFuture.acceptEither(twoFuture,anyResult->{
            System.out.println(anyResult);
        });
 }

异样解决

到当初为止咱们只是在第一个例子中用CompletableFuture的exceptionally解决过合作过程中的异样，exceptionally的特点是处理过程中有异样就解决，无异样就不执行，那如果咱们想让异样解决阶段必不可少呢，CompletableFuture提供了handle办法供咱们应用, handle办法事无论异样是否产生都会执行，示例如下:

 private static void handleDemo() {
        CompletableFuture.supplyAsync(()->{
            int i = 1 / 0;
            System.out.println("hello world");
            return "hello world";
        }).handle((result, exception)->{
            if (exception != null){
                System.out.println("果然呈现了异样");
                return "产生了异样";
            }else {
                return result;
            }
        }).thenAccept(o->{
            System.out.println(o);
        });
}

那如果我并不想返回值呢，handle办法要求提供的lambda办法有返回值，如果不想给返回值能够用whenComplete, 如下图所示:

private static void whenCompleteDemo() {
    CompletableFuture.supplyAsync(()->{
        int i = 1 / 0;
        System.out.println("hello world");
        return "hello world";
    }).whenComplete((result,ex)->{
        if (ex != null){
            ex.printStackTrace();
        }else {
            System.out.println(result);
        }
    });
}

总结一下CompletableFuture

CompletableFuture 为咱们提供的计算模型如下

咱们本人指定计算终点

由内部抉择开始执行计算模型的机会

合并多个计算结果或抉择任意一个计算结果

Semaphore 示例

Semaphore 象征信号量，我集体将其了解为通行证，咱们能够用这个设置最大拜访数，举个事实的例子就是节假日风景区会涌来很多人，然而景区的接待能力是无限的，所以景区会抉择通过门票管制人数，门票卖光就须要期待其他人从风景区进去，这也相似于去饭店吃饭，饭店的人满了，就会发号，让人在饭店外期待。示例如下图所示：

private static void demo01() {
    // 一共只有两张票
    Semaphore semaphore = new Semaphore(2);
    for (int i = 0; i < 4 ; i++) {
        EXECUTOR_SERVICE.submit(()->{
            try {
                 // 申请票 申请一次票少一张
                // 如果票数为0，其余线程调用会陷入阻塞。
                semaphore.acquire();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"进入饭店吃饭");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"走出饭店 腾出一张桌子");
                // 开释通行证,开释通行证的时候会唤醒
                // 因调用acquire办法陷入阻塞的线程
                semaphore.release();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }
}

CyclicBarrier 示例

CountDownLatch中有两个示例: 一个是一个等多个，即线程在执行以后办法的时候，为了晋升整体的运行速度，抉择将一些工作提交给线程池解决，等线程池将工作处理完毕再接着往下执行。第二个则是多等一，多个线程先调用await办法，某个线程解决实现调用countDown。CyclicBarrier 提供的合作模型跟CountDownLatch略有不同，CyclicBarrier 实现的是相似于收集龙珠，每个人负责收集一颗龙珠，收集到龙珠之后，进行期待，所有人收集龙珠结束，大家就都能够喊出号召神龙了：

public class CyclicBarrierDemo {
    public static void main(String[] args) {
        CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(7);
        for(int i = 1;i <= 7; i++) {
            int finalI = i;
            EXECUTOR_SERVICE.submit(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 收集到第" + finalI + "颗龙珠");
                try {
                    // 留神线程池的外围线程数要求是7个
                    // 此处须要七次调用。
                    // 号召神龙能力输入
                    cyclicBarrier.await();
                    System.out.println("****号召神龙");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (BrokenBarrierException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
    }
}

写在最初

咱们比照一下CountDownLatch 、Semaphore 、CyclicBarrier 。这三个都能够用来实现线程之间进行相互期待，在下面的示例中咱们抉择用CountDownLatch用作工作计数器，用构造函数指定总任务数，每当一个线程实现一个工作，咱们调用countDown办法，对实现工作减一。如果所有工作没有实现，调用CountDownLatch的await办法的线程会陷入阻塞。而Semaphore 则是对某资源实现管制，咱们在构造函数中指定的数字就是容许线程调用acquire办法的次数，调用一次许可证减一，调用次数用进，其余线程无奈执行acquire办法之下的代码。而CyclicBarrier与CountDownLatch 相似，然而CyclicBarrier的await办法相似于CountDownLatch的countDown和await办法的结合体，先countDown再调用await，此时工作未实现，陷入阻塞。咱们能够用CompletableFuture 来实现CountDownLatch相似的成果。其实原本还打算介绍一下JDK 7的Phaser，然而思考到一篇外面塞太多货色也不利于排汇，就放到下一篇了。

参考资料

Java CompletableFuture – Exception Handling https://www.logicbig.com/tuto…

关于多线程:Java多线程编程范式一-协作范式

前言

CountDownLatch 示例

CompletableFuture 示例

计算模型

异样解决

总结一下CompletableFuture

Semaphore 示例

CyclicBarrier 示例

写在最初

参考资料

评论

发表回复取消回复

更多文章

苹果iOS打包的ipa应用无法安装？一篇文章带你了解可能的原因及排查方法

图解Golang：从零开始实现简易版过期LRU缓存

深入解析：基于Delta的线性数据结构模型，打造高效富文本编辑器

轻松管理社交媒体：使用Automa插件实现一键拉黑功能

关于多线程:Java多线程编程范式一-协作范式

前言

CountDownLatch 示例

CompletableFuture 示例

计算模型

异样解决

总结一下CompletableFuture

Semaphore 示例

CyclicBarrier 示例

写在最初

参考资料

评论

发表回复 取消回复

更多文章

苹果iOS打包的ipa应用无法安装？一篇文章带你了解可能的原因及排查方法

图解Golang：从零开始实现简易版过期LRU缓存

深入解析：基于Delta的线性数据结构模型，打造高效富文本编辑器

轻松管理社交媒体：使用Automa插件实现一键拉黑功能

发表回复取消回复