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Java 中实现异步的方式

article 2024/11/27 7:29:56

在 Java 中实现异步处理有多种方式，每种方式都有其特定的适用场景和优缺点。以下是几种常见的实现异步处理的方式：

1. 线程池（`ExecutorService`）

简介：使用 ExecutorService 可以创建线程池来执行异步任务。
优点：资源复用、线程管理方便。
缺点：需要手动管理线程池的生命周期。

示例：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);

        Runnable task1 = () -> {
            System.out.println("Task 1 running in thread: " + Thread.currentThread().getName());
        };

        Runnable task2 = () -> {
            System.out.println("Task 2 running in thread: " + Thread.currentThread().getName());
        };

        executor.execute(task1);
        executor.execute(task2);

        executor.shutdown();
    }
}

2. `CompletableFuture`

简介：CompletableFuture 是 Java 8 引入的一个强大的异步编程工具，支持链式调用和组合操作。
优点：功能丰富、易于组合多个异步操作。
缺点：学习曲线较陡峭。

示例：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class CompletableFutureExample {
    public static void main(String[] args) {
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("Task 1 running in thread: " + Thread.currentThread().getName());
            return "Result 1";
        }).thenApply(result -> {
            System.out.println("Task 2 running in thread: " + Thread.currentThread().getName());
            return result + " processed";
        }).thenAccept(finalResult -> {
            System.out.println("Final result: " + finalResult);
        });

        // 防止主线程提前结束
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. `ForkJoinPool`

简介：ForkJoinPool 是一个特殊的线程池，适用于可以分解成多个子任务并行处理的场景。
优点：适合处理大量细粒度的任务。
缺点：适用于特定类型的任务，不适用于所有异步场景。

示例：

import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;

public class ForkJoinExample extends RecursiveTask<Integer> {
    private final int threshold = 2;
    private final int start;
    private final int end;

    public ForkJoinExample(int start, int end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
    }

    @Override
    protected Integer compute() {
        if (end - start <= threshold) {
            int sum = 0;
            for (int i = start; i < end; i++) {
                sum += i;
            }
            return sum;
        } else {
            int middle = (start + end) / 2;
            ForkJoinExample subtask1 = new ForkJoinExample(start, middle);
            ForkJoinExample subtask2 = new ForkJoinExample(middle, end);

            subtask1.fork();
            subtask2.fork();

            return subtask1.join() + subtask2.join();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
        ForkJoinExample task = new ForkJoinExample(1, 100);
        int result = pool.invoke(task);
        System.out.println("Result: " + result);
    }
}

4. `Callable` 和 `Future`

简介：Callable 是一个可以返回结果并可能抛出异常的任务，Future 用于获取 Callable 的执行结果。
优点：可以获取任务的执行结果。
缺点：需要手动管理线程和任务的生命周期。

示例：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class CallableFutureExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

        Callable<Integer> task = () -> {
            Thread.sleep(2000);
            return 42;
        };

        Future<Integer> future = executor.submit(task);

        try {
            Integer result = future.get();
            System.out.println("Result: " + result);
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        executor.shutdown();
    }
}

5. `ScheduledExecutorService`

简介：ScheduledExecutorService 是一个可以调度延迟任务和周期性任务的线程池。
优点：适合定时任务和周期性任务。
缺点：功能相对单一。

示例：

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ScheduledExecutorExample {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);

        Runnable task = () -> {
            System.out.println("Task running in thread: " + Thread.currentThread().getName());
        };

        // 延迟2秒后执行任务
        scheduler.schedule(task, 2, TimeUnit.SECONDS);

        // 每隔1秒执行一次任务
        scheduler.scheduleAtFixedRate(task, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);

        // 防止主线程提前结束
        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        scheduler.shutdown();
    }
}