多线程基础
多线程是java并发模型的一种
计算机一个任务就是一个进程，浏览器，word，进程内部子任务就是线程，如word一边打字一边拼写检查。一个进程至少包含一个线程。
进程和线程是包含关系，多任务既可以由多进程实现，也可以由单进程内的多线程实现，还可以混合多进程＋多线程。
和多线程相比，多进程的缺点在于：
创建进程比创建线程开销大，尤其是在Windows系统上；
进程间通信比线程间通信要慢，因为线程间通信就是读写同一个变量，速度很快。
多进程的优点在于：
多进程稳定性比多线程高，一个进程崩溃不会影响其他进程，而在多线程的情况下，任何一个线程崩溃会直接导致整个进程崩溃。
进程——资源分配和调度的一个独立单位
进程作为资源分配的基本单位
线程作为资源调度的基本单位，是程序的执行单元，执行路径(单线程：一条执行路径，多线程：多条执行路径)。是程序使用CPU的最基本单位。
并行是针对进程的，并发是针对线程 。
创建新线程
java程序启动（启动JVM进程）——>JVM启动主线程执行main方法——>main方法中启动其他线程
创建新线程：Thread t = new Thread(); t.start();//启动新线程 新线程执行指定代码的方法：
- 方法一，从Thread派生出类MyThread，然后覆写run()方法：
//main方法里
Thread t = new MyThread();
t.start();//start会在内部自动调用实例的run方法
class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("start new thread!");
}
}- 方法二：创建Thread实例时，传入一个Runnable实例：（推荐使用方法二，因为java只允许单继承，但是允许实现多个接口，所以不要继承Thread类来实现多线程，万一这个类已经继承别的类呢）
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Thread t = new Thread(new MyRunnable());
t.start(); // 启动新线程
}
}
//Runnable是一个接口，它只有一个run()方法
class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("start new thread!");
}
}线程的优先级
设定优先级的方法是：
Thread.setPriority(int n) // 1~10, 默认值5
优先级高的线程被操作系统调度的优先级较高，操作系统对高优先级线程可能调度更频繁（但是不能保证优先级高的线程一定先执行）
线程的状态
• New：新创建，尚未执行；
• Runnable：运行中，正在执行run()代码
• Blocked:运行中的线程被阻塞（可能是IO原因等）
• Wating:运行中的线程在等待
• Time Waiting:运行中的线程执行sleep()在计时
• Terminated:线程已终止（run()执行完毕）线程终止的原因
线程正常终止：run()方法执行到return语句返回；
线程意外终止：run()方法因为未捕获的异常导致线程终止；
对某个线程的Thread实例调用stop()方法强制终止（强烈不推荐使用）。
等待另一个线程直到运行结束，例如main线程启动t线程后，通过t.join()等待t线程结束后再继续运行。
t线程已经结束，对实例t调用join()会立刻返回。join(long)的重载方法也可以指定一个等待时间。
中断线程
其他线程中对目标线程调用interrupt()方法，目标线程需要反复检测自身状态是否是interrupted状态，如果是，就立刻结束运行。（例如中断下载进程）
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t = new MyThread();
t.start();
Thread.sleep(1000);
t.interrupt(); // 中断t线程
t.join(); // 等待t线程结束
System.out.println("end");
}
}
class MyThread extends Thread {
public void run() {
Thread hello = new HelloThread();
hello.start(); // 启动hello线程
try {
hello.join(); // 等待hello线程结束
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("interrupted!");
}
hello.interrupt();
}
}
class HelloThread extends Thread {
public void run() {
int n = 0;
while (!isInterrupted()) {
n++;
System.out.println(n + " hello!");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
break;
}
}
}
}main线程通过调用t.interrupt()从而通知t线程中断，而此时t线程正位于hello.join()的等待中，interrupt()方法会立刻结束等待并抛出InterruptedException。由于我们在t线程中捕获了InterruptedException，就准备结束t进程。在t线程结束前，对hello线程也进行了interrupt()调用通知其中断。如果去掉这一行代码，可以发现hello线程仍然会继续运行，且JVM不会退出。
另一个常用的中断线程的方法是设置标志位。我们通常会用一个running标志位（volatile修饰，线程间共享的变量）来标识线程是否应该继续运行，在外部线程中，通过把HelloThread.running置为false，就可以让线程结束。
对目标线程调用interrupt()方法可以请求中断一个线程，目标线程通过检测isInterrupted()标志获取自身是否已中断。如果目标线程处于等待状态，该线程会捕获到InterruptedException；
目标线程检测到isInterrupted()为true或者捕获了InterruptedException都应该立刻结束自身线程；
volatile关键字
被volatile修饰的共享变量，就具有了以下两点特性：
1 . 保证了不同线程对该变量操作的内存可见性;
2 . 禁止指令重排序（指令冲排序：处理器为了提高程序运行效率，对输入代码进行优化，不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的，考虑数据依赖性）
指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响线程并发执行的正确性。
要想并发程序正确地执行，必须要保证原子性、可见性以及有序性。
在Java虚拟机中，变量的值保存在主内存中，但是，当线程访问变量时，它会先获取一个副本，并保存在自己的工作内存中。如果线程修改了变量的值，虚拟机会在某个时刻把修改后的值回写到主内存，但是，这个时间是不确定的！（所有需要volatile关键字保证可见性）
守护线程
守护线程是指为其他线程服务的线程。在JVM中，所有非守护线程都执行完毕后，无论有没有守护线程，虚拟机都会自动退出。创建守护线程：调用start()前，调用setDaemon(true)标记为守护线程：
Thread t = new MyThread();
t.setDaemon(true);
t.start();守护线程不能持有任何需要关闭的资源，例如打开文件等，因为虚拟机退出时，守护线程没有任何机会来关闭文件，这会导致数据丢失。
线程同步
当多个线程同时运行时，线程的调度由操作系统决定，程序本身无法决定。因此，任何一个线程都有可能在任何指令处被操作系统暂停，然后在某个时间段后继续执行。如果多个线程同时读写共享变量，会出现数据不一致的问题。
对变量进行读取和写入时，结果要正确，必须保证是原子操作。原子操作是指不能被中断的一个或一系列操作。
保证一段代码的原子性就是通过加锁和解锁实现的。Java程序使用synchronized关键字对一个对象进行加锁：
synchronized(lock) {
n = n + 1;
}例如
synchronized(Counter.lock) { // 获取锁
...
} // 释放锁public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
var add = new AddThread();
var dec = new DecThread();
add.start();
dec.start();
add.join();
dec.join();
System.out.println(Counter.count);
}
}
class Counter {
public static final Object lock = new Object();
public static int count = 0;
}
class AddThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock) {
Counter.count += 1;
}
}
}
}
class DecThread extends Thread {
public void run() {
for (int i=0; i<10000; i++) {
synchronized(Counter.lock) {
Counter.count -= 1;
}
}
}
}用Counter.lock实例作为锁，两个线程在执行各自的synchronized(Counter.lock) { … }代码块时，必须先获得锁，才能进入代码块进行。执行结束后，在synchronized语句块结束会自动释放锁。这样一来，对Counter.count变量进行读写就不可能同时进行。
使用synchronized解决了多线程同步访问共享变量的正确性问题。但是，它的缺点是带来了性能下降。因为synchronized代码块无法并发执行。此外，加锁和解锁需要消耗一定的时间，所以，synchronized会降低程序的执行效率。
使用synchronized（无论是否有异常都会在synchronized结束处正确释放锁）：
找出修改共享变量的线程代码块；
选择一个共享实例作为锁；
使用synchronized(lockObject) { … }。
JVM规范定义了几种原子操作：
基本类型（long和double除外）赋值，例如：int n = m；
引用类型赋值，例如：List list = anotherList。
long和double是64位数据，JVM没有明确规定64位赋值操作是不是一个原子操作，不过在x64平台的JVM是把long和double的赋值作为原子操作实现的。
单条原子操作的语句不需要同步。如果是多行赋值语句，就必须保证是同步操作，
同步方法
如果一个类被设计为允许多线程正确访问，我们就说这个类就是“线程安全”的（thread-safe）。Java标准库的java.lang.StringBuffer也是线程安全的。还有一些不变类，例如String，Integer，LocalDate，它们的所有成员变量都是final，多线程同时访问时只能读不能写，这些不变类也是线程安全的。
最后，类似Math这些只提供静态方法，没有成员变量的类，也是线程安全的。
大部分类，例如ArrayList，都是非线程安全的类，我们不能在多线程中修改它们。如果所有线程都只读取，不写入，那么ArrayList是可以安全地在线程间共享的。
没有特殊说明时，一个类默认是非线程安全的。
public synchronized void add(int n) { // 锁住this
count += n;
} // 解锁用synchronized修饰的方法就是同步方法，它表示整个方法都必须用this实例加锁。
对一个静态方法添加synchronized修饰符：
public synchronized static void test(int n) {
...
}对于static方法，是没有this实例的，因为static方法是针对类而不是实例。但是任何一个类都有一个由JVM自动创建的Class实例，因此，对static方法添加synchronized，锁住的是该类的Class实例。
死锁
Java的线程锁是可重入的锁。
JVM允许同一个线程重复获取同一个锁（比如add方法内部调用了dec方法，两个方法都获取this锁），这种能被同一个线程反复获取的锁，就叫做可重入锁。
由于Java的线程锁是可重入锁，所以，获取锁的时候，不但要判断是否是第一次获取，还要记录这是第几次获取。每获取一次锁，记录+1，每退出synchronized块，记录-1，减到0的时候，才会真正释放锁。
在获取多个锁的时候，不同线程获取多个不同对象的锁可能导致死锁。
两个线程各自持有不同的锁，然后各自试图获取对方手里的锁，造成了双方无限等待下去，这就是死锁。死锁发生后，没有任何机制能解除死锁，只能强制结束JVM进程。
避免死锁的方法是多线程获取锁的顺序要一致。
使用wait和notify
//对于一个任务管理器，多个线程同时往队列中添加任务，可以用synchronized加锁：
//同步方法addTask和getTask都需要获得this锁才可以执行
class TaskQueue {
Queue<String> queue = new LinkedList<>();
public synchronized void addTask(String s) {
this.queue.add(s);
this.notify(); // 唤醒在this锁等待的线程
}
//获取队列的第一个任务
public synchronized String getTask() {
while (queue.isEmpty()) {
// 在条件不满足时，线程进入等待状态：释放this锁。
//wait()方法必须在当前获取的锁对象上调用，这里获取的是this锁，因此调用this.wait()。
//调用wait()方法后，线程进入等待状态，直到将来被其他线程唤醒，wait()方法才会返回继
this.wait();
// 重新获取this锁才能继续执行后面的代码
}
return queue.remove();
}
}wait()方法必须在当前获取的锁对象上调用，这里获取的是this锁，因此调用this.wait()。
wait()方法的执行机制非常复杂。它不是一个普通的Java方法，而是定义在Object类的一个native方法，也就是由JVM的C代码实现的。必须在synchronized块中才能调用wait()方法，因为wait()方法调用时，会释放线程获得的锁，wait()方法返回后，线程又会重新试图获得锁。
使用notifyAll()将唤醒所有当前正在this锁等待的线程，而notify()只会唤醒其中一个（具体哪个依赖操作系统，有一定的随机性）。这是因为可能有多个线程正在getTask()方法内部的wait()中等待，使用notifyAll()将一次性全部唤醒。通常来说，notifyAll()更安全。
要始终在while循环中wait()，并且每次被唤醒后拿到this锁就必须再次判断：
while (queue.isEmpty()) {
this.wait();
}
小结
wait和notify用于多线程协调运行：
在synchronized内部可以调用wait()使线程进入等待状态；
必须在已获得的锁对象上调用wait()方法；
在synchronized内部可以调用notify()或notifyAll()唤醒其他等待线程；
必须在已获得的锁对象上调用notify()或notifyAll()方法；
已唤醒的线程还需要重新获得锁后才能继续执行。
使用ReentrantLock
从Java 5开始，引入了一个高级的处理并发的java.util.concurrent包，它提供了大量更高级的并发功能，能大大简化多线程程序的编写。java.util.concurrent.locks包提供的ReentrantLock用于替代synchronized加锁。
public class Counter {
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private int count;
public void add(int n) {
lock.lock();
try {
count += n;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}ReentrantLock是可重入锁，ReentrantLock可以尝试获取锁：
if (lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {//最多等待1秒，仍未获得锁，tryLock()返回false
try {
...
} finally {
lock.unlock();
}
}使用ReentrantLock比直接使用synchronized更安全，线程在tryLock()失败的时候不会导致死锁。
使用Condition
ReentrantLock锁使用Condition对象来实现wait和notify的功能。
class TaskQueue {
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private final Condition condition = lock.newCondition();
private Queue<String> queue = new LinkedList<>();
public void addTask(String s) {
lock.lock();
try {
queue.add(s);
condition.signalAll();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public String getTask() {
lock.lock();
try {
while (queue.isEmpty()) {
condition.await();
}
return queue.remove();
} finally {
lock.unlock();
}
}
}使用Condition时，引用的Condition对象必须从Lock实例的newCondition()返回，这样才能获得一个绑定了Lock实例的Condition实例。Condition提供的await()、signal()、signalAll()原理和synchronized锁对象的wait()、notify()、notifyAll()是一致的，并且其行为也是一样的：
- await()会释放当前锁，进入等待状态；
- signal()会唤醒某个等待线程；
- signalAll()会唤醒所有等待线程；
- 唤醒线程从await()返回后需要重新获得锁。
此外，和tryLock()类似，await()可以在等待指定时间后，如果还没有被其他线程通过signal()或signalAll()唤醒，可以自己醒来：
if (condition.await(1, TimeUnit.SECOND)) {
// 被其他线程唤醒
} else {
// 指定时间内没有被其他线程唤醒
}使用ReadWriteLock
允许多个线程同时读，但只要有一个线程在写，其他线程就必须等待。
ReadWriteLock保证：
- 只允许一个线程写入（其他线程既不能写入也不能读取）；
- 没有写入时，多个线程允许同时读（提高性能）。
public class Counter {
private final ReadWriteLock rwlock = new ReentrantReadWriteLock();
private final Lock rlock = rwlock.readLock();
private final Lock wlock = rwlock.writeLock();
private int[] counts = new int[10];
public void inc(int index) {
wlock.lock(); // 加写锁
try {
counts[index] += 1;
} finally {
wlock.unlock(); // 释放写锁
}
}
public int[] get() {
rlock.lock(); // 加读锁
try {
return Arrays.copyOf(counts, counts.length);
} finally {
rlock.unlock(); // 释放读锁
}
}
}使用ReadWriteLock可以提高读取效率：
ReadWriteLock只允许一个线程写入；
ReadWriteLock允许多个线程在没有写入时同时读取；
ReadWriteLock适合读多写少的场景。
使用StampedLock
Java 8引入了新的读写锁：StampedLock。——读的过程也允许获取写锁后写入，需要检测出不一致的数据再读一遍。
public class Point {
private final StampedLock stampedLock = new StampedLock();
private double x;
private double y;
public void move(double deltaX, double deltaY) {
long stamp = stampedLock.writeLock(); // 获取写锁
try {
x += deltaX;
y += deltaY;
} finally {
stampedLock.unlockWrite(stamp); // 释放写锁
}
}
public double distanceFromOrigin() {
long stamp = stampedLock.tryOptimisticRead(); // 获得一个乐观读锁
// 注意下面两行代码不是原子操作
// 假设x,y = (100,200)
double currentX = x;
// 此处已读取到x=100，但x,y可能被写线程修改为(300,400)
double currentY = y;
// 此处已读取到y，如果没有写入，读取是正确的(100,200)
// 如果有写入，读取是错误的(100,400)
if (!stampedLock.validate(stamp)) { // 检查乐观读锁后是否有其他写锁发生
stamp = stampedLock.readLock(); // 获取一个悲观读锁
try {
currentX = x;
currentY = y;
} finally {
stampedLock.unlockRead(stamp); // 释放悲观读锁
}
}
return Math.sqrt(currentX * currentX + currentY * currentY);
}
}和ReadWriteLock相比，写入的加锁是完全一样的，不同的是读取。注意到首先我们通过tryOptimisticRead()获取一个乐观读锁，并返回版本号。接着进行读取，读取完成后，我们通过validate()去验证版本号，如果在读取过程中没有写入，版本号不变，验证成功，我们就可以放心地继续后续操作。如果在读取过程中有写入，版本号会发生变化，验证将失败。在失败的时候，我们再通过获取悲观读锁再次读取。由于写入的概率不高，程序在绝大部分情况下可以通过乐观读锁获取数据，极少数情况下使用悲观读锁获取数据。
可见，StampedLock把读锁细分为乐观读和悲观读，能进一步提升并发效率。但这也是有代价的：一是代码更加复杂，二是StampedLock是不可重入锁，不能在一个线程中反复获取同一个锁。
使用Concurrent集合
尽量使用Java标准库提供的并发集合，避免自己编写同步代码。
使用Atomic
Java的java.util.concurrent包除了提供底层锁、并发集合外，还提供了一组原子操作的封装类，它们位于java.util.concurrent.atomic包。
我们以AtomicInteger为例，它提供的主要操作有：
- 增加值并返回新值：int addAndGet(int delta)
- 加1后返回新值：int incrementAndGet()
- 获取当前值：int get()
- 用CAS方式设置：int compareAndSet(int expect, int update)
Atomic类是通过无锁（lock-free）的方式实现的线程安全（thread-safe）访问。它的主要原理是利用了CAS：Compare and Set。
使用java.util.concurrent.atomic提供的原子操作可以简化多线程编程：
原子操作实现了无锁的线程安全；
适用于计数器，累加器等。
使用线程池
Java标准库提供了ExecutorService接口表示线程池，它的典型用法如下：
// 创建固定大小的线程池:
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
// 提交任务:
executor.submit(task1);
executor.submit(task2);
executor.submit(task3);
executor.submit(task4);
executor.submit(task5);ExecutorService只是接口，Java标准库提供的几个常用实现类有：
- FixedThreadPool：线程数固定的线程池；
- CachedThreadPool：线程数根据任务动态调整的线程池；
- SingleThreadExecutor：仅单线程执行的线程池。
创建这些线程池的方法都被封装到Executors这个类中。
import java.util.concurrent.*;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个固定大小的线程池:
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(4);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
es.submit(new Task("" + i));
}
// 关闭线程池:
es.shutdown();
}
}
class Task implements Runnable {
private final String name;
public Task(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("start task " + name);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println("end task " + name);
}
}放入的任务数>线程池的线程数，同时执行线程池数量的任务，其他任务等线程空闲才会执行。shutdown()关闭线程池会先等待执行的任务完成。shutdownNow()会立即停止正在执行的任务，waitTermination()则会等待指定的时间让线程池关闭。
ScheduledThreadPool
放入ScheduledThreadPool的任务可以定期反复执行。(比如每秒刷新证券价格)
heduledThreadPool仍然是通过Executors类：ScheduledExecutorService ses = Executors.newScheduledThreadPool(4);
// 1秒后执行一次性任务:
ses.schedule(new Task("one-time"), 1, TimeUnit.SECONDS);
// 2秒后开始执行定时任务，每3秒执行:
ses.scheduleAtFixedRate(new Task("fixed-rate"), 2, 3, TimeUnit.SECONDS);
// 2秒后开始执行定时任务，以3秒为间隔执行:
ses.scheduleWithFixedDelay(new Task("fixed-delay"), 2, 3, TimeUnit.SECONDS);
Java标准库还提供了一个java.util.Timer类，这个类也可以定期执行任务，但是，一个Timer会对应一个Thread，所以，一个Timer只能定期执行一个任务，多个定时任务必须启动多个Timer，而一个ScheduledThreadPool就可以调度多个定时任务，所以，我们完全可以用ScheduledThreadPool取代旧的Timer。
使用Future
在执行多个任务的时候，使用Java标准库提供的线程池是非常方便的。我们提交的任务只需要实现Runnable接口，就可以让线程池去执行。Runnable接口有个问题，它的方法没有返回值。如果任务需要一个返回结果，那么只能保存到变量，还要提供额外的方法读取，非常不便。所以，Java标准库还提供了一个Callable接口，和Runnable接口比，它多了一个返回值：
class Task implements Callable<String> {
public String call() throws Exception {
return longTimeCalculation();
}
}Callable接口是一个泛型接口，可以返回指定类型的结果。
ExecutorService.submit()方法返回了一个Future类型
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
// 定义任务:
Callable<String> task = new Task();
// 提交任务并获得Future:
Future<String> future = executor.submit(task);
// 从Future获取异步执行返回的结果:
String result = future.get(); // 可能阻塞提交一个Callable任务后，获得一个Future对象，在主线程某个时刻调用Future对象的get()方法，就可以获得异步执行的结果。在调用get()时，如果异步任务已经完成，直接获得结果。如果异步任务还没有完成，那么get()会阻塞，直到任务完成后才返回结果。
一个Future接口表示一个未来可能会返回的结果，它定义的方法有：
- get()：获取结果（可能会等待）
- get(long timeout, TimeUnit unit)：获取结果，但只等待指定的时间；
- cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：取消当前任务；
- isDone()：判断任务是否已完成。
使用CompletableFuture(没学懂，日后填坑)
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，主线程会被迫等待。
Java8引入了CompletableFuture，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。
以获取股票价格为例，看看如何使用CompletableFuture：
// CompletableFuture
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建异步执行任务:
CompletableFuture<Double> cf = CompletableFuture.supplyAsync(Main::fetchPrice);
// 如果执行成功:
cf.thenAccept((result) -> {
System.out.println("price: " + result);
});
// 如果执行异常:
cf.exceptionally((e) -> {
e.printStackTrace();
return null;
});
// 主线程不要立刻结束，否则CompletableFuture默认使用的线程池会立刻关闭:
Thread.sleep(200);
}
static Double fetchPrice() {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
}
if (Math.random() < 0.3) {
throw new RuntimeException("fetch price failed!");
}
return 5 + Math.random() * 20;
}
}创建一个CompletableFuture是通过CompletableFuture.supplyAsync()实现的，它需要一个实现了Supplier接口的对象：
public interface Supplier {
T get();
}这里我们用lambda语法简化了一下，直接传入Main::fetchPrice，因为Main.fetchPrice()静态方法的签名符合Supplier接口的定义（除了方法名外）。
紧接着，CompletableFuture已经被提交给默认的线程池执行了，我们需要定义的是CompletableFuture完成时和异常时需要回调的实例。完成时，CompletableFuture会调用Consumer对象：
public interface Consumer {
void accept(T t);
}异常时，CompletableFuture会调用Function对象：
public interface Function<T, R> {
R apply(T t);
}CompletableFuture的优点是：
- 异步任务结束时，会自动回调某个对象的方法；
- 异步任务出错时，会自动回调某个对象的方法；
- 主线程设置好回调后，不再关心异步任务的执行。
如果只是实现了异步回调机制，我们还看不出CompletableFuture相比Future的优势。CompletableFuture更强大的功能是，多个CompletableFuture可以串行执行，例如，定义两个CompletableFuture，第一个CompletableFuture根据证券名称查询证券代码，第二个CompletableFuture根据证券代码查询证券价格，这两个CompletableFuture实现串行操作如下：
// CompletableFuture
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 第一个任务:
CompletableFuture<String> cfQuery = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
return queryCode("中国石油");
});
// cfQuery成功后继续执行下一个任务:
CompletableFuture<Double> cfFetch = cfQuery.thenApplyAsync((code) -> {
return fetchPrice(code);
});
// cfFetch成功后打印结果:
cfFetch.thenAccept((result) -> {
System.out.println("price: " + result);
});
// 主线程不要立刻结束，否则CompletableFuture默认使用的线程池会立刻关闭:
Thread.sleep(2000);
}
static String queryCode(String name) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
}
return "601857";
}
static Double fetchPrice(String code) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
}
return 5 + Math.random() * 20;
}
}除了串行执行外，多个CompletableFuture还可以并行执行。例如，我们考虑这样的场景：
同时从新浪和网易查询证券代码，只要任意一个返回结果，就进行下一步查询价格，查询价格也同时从新浪和网易查询，只要任意一个返回结果，就完成操作：
// CompletableFuture
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 两个CompletableFuture执行异步查询:
CompletableFuture<String> cfQueryFromSina = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
return queryCode("中国石油", "https://finance.sina.com.cn/code/");
});
CompletableFuture<String> cfQueryFrom163 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
return queryCode("中国石油", "https://money.163.com/code/");
});
// 用anyOf合并为一个新的CompletableFuture:
CompletableFuture<Object> cfQuery = CompletableFuture.anyOf(cfQueryFromSina, cfQueryFrom163);
// 两个CompletableFuture执行异步查询:
CompletableFuture<Double> cfFetchFromSina = cfQuery.thenApplyAsync((code) -> {
return fetchPrice((String) code, "https://finance.sina.com.cn/price/");
});
CompletableFuture<Double> cfFetchFrom163 = cfQuery.thenApplyAsync((code) -> {
return fetchPrice((String) code, "https://money.163.com/price/");
});
// 用anyOf合并为一个新的CompletableFuture:
CompletableFuture<Object> cfFetch = CompletableFuture.anyOf(cfFetchFromSina, cfFetchFrom163);
// 最终结果:
cfFetch.thenAccept((result) -> {
System.out.println("price: " + result);
});
// 主线程不要立刻结束，否则CompletableFuture默认使用的线程池会立刻关闭:
Thread.sleep(200);
}
static String queryCode(String name, String url) {
System.out.println("query code from " + url + "...");
try {
Thread.sleep((long) (Math.random() * 100));
} catch (InterruptedException e) {
}
return "601857";
}
static Double fetchPrice(String code, String url) {
System.out.println("query price from " + url + "...");
try {
Thread.sleep((long) (Math.random() * 100));
} catch (InterruptedException e) {
}
return 5 + Math.random() * 20;
}
}
除了anyOf()可以实现“任意个CompletableFuture只要一个成功”，allOf()可以实现“所有CompletableFuture都必须成功”，这些组合操作可以实现非常复杂的异步流程控制。
最后我们注意CompletableFuture的命名规则：
xxx()：表示该方法将继续在已有的线程中执行；
xxxAsync()：表示将异步在线程池中执行。
使用ForkJoin
Java 7开始引入了一种新的Fork/Join线程池，它可以执行一种特殊的任务：把一个大任务拆成多个小任务并行执行。Fork/Join任务的原理：判断一个任务是否足够小，如果是，直接计算，否则，就分拆成几个小任务分别计算。这个过程可以反复“裂变”成一系列小任务。
我们来看如何使用Fork/Join对大数据进行并行求和：
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 创建2000个随机数组成的数组:
long[] array = new long[2000];
long expectedSum = 0;
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
array[i] = random();
expectedSum += array[i];
}
System.out.println("Expected sum: " + expectedSum);
// fork/join:
ForkJoinTask<Long> task = new SumTask(array, 0, array.length);
long startTime = System.currentTimeMillis();
Long result = ForkJoinPool.commonPool().invoke(task);
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("Fork/join sum: " + result + " in " + (endTime - startTime) + " ms.");
}
static Random random = new Random(0);
static long random() {
return random.nextInt(10000);
}
}
class SumTask extends RecursiveTask<Long> {
static final int THRESHOLD = 500;
long[] array;
int start;
int end;
SumTask(long[] array, int start, int end) {
this.array = array;
this.start = start;
this.end = end;
}
@Override
protected Long compute() {
if (end - start <= THRESHOLD) {
// 如果任务足够小,直接计算:
long sum = 0;
for (int i = start; i < end; i++) {
sum += this.array[i];
// 故意放慢计算速度:
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
return sum;
}
// 任务太大,一分为二:
int middle = (end + start) / 2;
System.out.println(String.format("split %d~%d ==> %d~%d, %d~%d", start, end, start, middle, middle, end));
SumTask subtask1 = new SumTask(this.array, start, middle);
SumTask subtask2 = new SumTask(this.array, middle, end);
invokeAll(subtask1, subtask2);
Long subresult1 = subtask1.join();
Long subresult2 = subtask2.join();
Long result = subresult1 + subresult2;
System.out.println("result = " + subresult1 + " + " + subresult2 + " ==> " + result);
return result;
}
}Fork/Join线程池在Java标准库中就有应用。Java标准库提供的java.util.Arrays.parallelSort(array)可以进行并行排序，它的原理就是内部通过Fork/Join对大数组分拆进行并行排序，在多核CPU上就可以大大提高排序的速度。
ForkJoinPool线程池可以把一个大任务分拆成小任务并行执行，任务类必须继承自RecursiveTask或RecursiveAction。
使用ThreadLocal
多线程是Java实现多任务的基础，Thread对象代表一个线程，我们可以在代码中调用Thread.currentThread()获取当前线程。例如，打印日志时，可以同时打印出当前线程的名字：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
log("start main...");
new Thread(() -> {
log("run task...");
}).start();
new Thread(() -> {
log("print...");
}).start();
log("end main.");
}
static void log(String s) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + s);
}
}Web应用程序就是典型的多任务应用，每个用户请求页面时，我们都会创建一个任务，类似：
public void process(User user) {
checkPermission();
doWork();
saveStatus();
sendResponse();
}
然后，通过线程池去执行这些任务。
process()方法内部需要调用若干其他方法，如何在一个线程内传递状态？
process()方法需要传递的状态就是User实例
在一个线程中，横跨若干方法调用，需要传递的对象，我们通常称之为上下文（Context），它是一种状态，可以是用户身份、任务信息等。
给每个方法增加一个context参数非常麻烦，而且有些时候，如果调用链有无法修改源码的第三方库，User对象就传不进去了。
Java标准库提供了一个特殊的ThreadLocal，它可以在一个线程中传递同一个对象。
ThreadLocal实例通常总是以静态字段初始化如下：
static ThreadLocal<User> threadLocalUser = new ThreadLocal<>(); void processUser(user) {
try {
threadLocalUser.set(user);
step1();
step2();
} finally {
threadLocalUser.remove();
}
}
通过设置一个User实例关联到ThreadLocal中，在移除之前，所有方法都可以随时获取到该User实例：
void step1() {
User u = threadLocalUser.get();
log();
printUser();
}void log() {
User u = threadLocalUser.get();
println(u.name);
}void step2() {
User u = threadLocalUser.get();
checkUser(u.id);
}注意到普通的方法调用一定是同一个线程执行的，所以，step1()、step2()以及log()方法内，threadLocalUser.get()获取的User对象是同一个实例。
实际上，可以把ThreadLocal看成一个全局Map<Thread, Object>：每个线程获取ThreadLocal变量时，总是使用Thread自身作为key：
ThreadLocal一定要在finally中清除：
try {
threadLocalUser.set(user);
…
} finally {
threadLocalUser.remove();
}小结
ThreadLocal表示线程的“局部变量”，它确保每个线程的ThreadLocal变量都是各自独立的；
ThreadLocal适合在一个线程的处理流程中保持上下文（避免了同一参数在所有方法中传递）；
使用ThreadLocal要用try … finally结构，并在finally中清除。
