美團面試：如何實現(xiàn)線程任務(wù)編排？
線程任務(wù)編排指的是對多個線程任務(wù)按照一定的邏輯順序或條件進行組織和安排，以實現(xiàn)協(xié)同工作、順序執(zhí)行或并行執(zhí)行的一種機制。
1.線程任務(wù)編排 VS 線程通訊
有同學(xué)可能會想：那線程的任務(wù)編排是不是問的就是線程間通訊啊？
線程間通訊我知道了，它的實現(xiàn)方式總共有以下幾種方式：
- Object 類下的 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法；
- Condition 類下的 await()、signal() 和 signalAll() 方法；
- LockSupport 類下的 park() 和 unpark() 方法。
但是，線程通訊和線程的任務(wù)編排是不同的兩個概念，它們的區(qū)別如下：
- 線程任務(wù)編排主要關(guān)注的是如何組織和管理線程執(zhí)行的任務(wù)序列，確保任務(wù)按照預(yù)定的邏輯和順序執(zhí)行，包括任務(wù)的啟動、停止、依賴管理、執(zhí)行策略（如并行、串行）以及錯誤處理等。它是關(guān)于如何有效地規(guī)劃線程的工作流程，以達成高效和正確的程序執(zhí)行目標(biāo)。
- 線程通訊則是指在多線程環(huán)境中，線程之間傳遞信息和協(xié)調(diào)工作的機制。當(dāng)多個線程需要共享數(shù)據(jù)或協(xié)同完成某項任務(wù)時，它們需要通過某種方式進行溝通，以確保數(shù)據(jù)的正確性和任務(wù)的同步執(zhí)行。它的重點在于解決線程間的同步問題和數(shù)據(jù)一致性問題。
簡而言之，線程任務(wù)編排側(cè)重于高層次的執(zhí)行計劃和流程控制，而線程通訊則專注于底層的數(shù)據(jù)交互和同步細節(jié)。在實際應(yīng)用中，有效的線程任務(wù)編排往往離不開合理的線程通訊機制，兩者相輔相成，共同支撐起復(fù)雜多線程程序的正確執(zhí)行。
2.線程任務(wù)編排
線程的任務(wù)編排的實現(xiàn)方式主要有以下兩種：
- FutureTask：誕生于 JDK 1.5，它實現(xiàn)了 Future 接口和 Runnable 接口，設(shè)計初衷是為了支持可取消的異步計算。它既可以承載 Runnable 任務(wù)（通過包裝成 RunnableAdapter），也可以承載 Callable 任務(wù)，從而能夠返回計算結(jié)果，使用它可以實現(xiàn)簡單的異步任務(wù)執(zhí)行和結(jié)果的等待。
- CompletableFuture：誕生于 JDK 8，它不僅實現(xiàn)了 Future 接口，還實現(xiàn)了 CompletionStage 接口。CompletionStage 是對 Future 的擴展，提供了豐富的鏈?zhǔn)疆惒骄幊棠Ｐ?，支持函?shù)式編程風(fēng)格，可以更加靈活地處理異步操作的組合和依賴回調(diào)等。
（1）FutureTask 使用
FutureTask 使用示例如下：
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class FutureTaskDemo {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建一個Callable任務(wù)
Callable<Integer> task = () -> {
Thread.sleep(2000); // 模擬任務(wù)耗時操作
return 10; // 返回任務(wù)結(jié)果
};
// 創(chuàng)建FutureTask，并將Callable任務(wù)包裝起來
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(task);
// 創(chuàng)建線程池
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
// 提交FutureTask給線程池執(zhí)行
executor.submit(futureTask);
try {
// 獲取任務(wù)結(jié)果，get()方法會阻塞直到任務(wù)完成并返回結(jié)果
int result = futureTask.get();
System.out.println("任務(wù)結(jié)果：" + result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}在上述示例中，通過創(chuàng)建一個 Callable 任務(wù)來模擬耗時操作，并使用 FutureTask 包裝該任務(wù)。然后將 FutureTask 提交給線程池執(zhí)行，最后通過 get() 方法獲取任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果，之后才會執(zhí)行后續(xù)流程。我們可以通過 get() 方法阻塞等待程序執(zhí)行結(jié)果，從而完成線程任務(wù)的簡單編排。
（2）CompletableFuture 使用
從上面 FutureTask 實現(xiàn)代碼可以看出，它不但寫法麻煩，而且需要使用 get() 方法阻塞等待線程的執(zhí)行結(jié)果，對于異步任務(wù)的執(zhí)行來說，不夠靈活且效率也會受影響，然而 CompletableFutrue 的出現(xiàn)，則彌補了 FutureTask 的這些缺陷。
CompletableFutrue 提供的方法有很多，但最常用和最實用的核心方法只有以下幾個：
例如，我們現(xiàn)在實現(xiàn)一個這樣的場景：
任務(wù)描述：任務(wù)一執(zhí)行完之后執(zhí)行任務(wù)二，任務(wù)三和任務(wù)一和任務(wù)二一起執(zhí)行，所有任務(wù)都有返回值，等任務(wù)二和任務(wù)三執(zhí)行完成之后，再執(zhí)行任務(wù)四，它的實現(xiàn)代碼如下：
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
public class CompletableFutureExample {
public static void main(String[] args) {
// 任務(wù)一：返回 "Task 1 result"
CompletableFuture<String> task1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
try {
// 模擬耗時操作
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
throw new RuntimeException(e);
}
return "Task 1 result";
});
// 任務(wù)二：依賴任務(wù)一，返回 "Task 2 result" + 任務(wù)一的結(jié)果
CompletableFuture<String> task2 = task1.handle((result1, throwable) -> {
try {
// 模擬耗時操作
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
throw new RuntimeException(e);
}
return "Task 2 result " + result1;
});
// 任務(wù)三：和任務(wù)一、任務(wù)二并行執(zhí)行，返回 "Task 3 result"
CompletableFuture<String> task3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
try {
// 模擬耗時操作
Thread.sleep(800); // 任務(wù)三可能比任務(wù)二先完成
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
throw new RuntimeException(e);
}
return "Task 3 result";
});
// 任務(wù)四：依賴任務(wù)二和任務(wù)三，等待它們都完成后執(zhí)行，返回 "Task 4 result" + 任務(wù)二和任務(wù)三的結(jié)果
CompletableFuture<String> task4 = CompletableFuture.allOf(task2, task3).handle((res, throwable) -> {
try {
// 這里不需要顯式等待，因為 allOf 已經(jīng)保證了它們完成
return "Task 4 result with " + task2.get() + " and " + task3.get();
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
});
// 獲取任務(wù)四的結(jié)果并打印
String finalResult = task4.join();
System.out.println(finalResult);
}
}課后思考
使用 CompletableFuture 需要配合線程池一起使用嗎？為什么？CompletableFuture 默認的線程池是如何實現(xiàn)的？
