面试题：Java CompletableFuture在高并发且任务依赖复杂场景下的性能优化与设计

1. 线程池的选择与配置

选择合适的线程池：对于高并发系统中的异步任务，可使用 ThreadPoolExecutor 自定义线程池。例如，FixedThreadPool 适用于已知并发任务数量且相对稳定的场景；CachedThreadPool 适用于任务数量波动较大的场景，但可能会创建过多线程导致资源耗尽。在这种复杂依赖关系的高并发场景下，建议使用 ThreadPoolExecutor 来精确控制线程数量。
配置线程池参数：
- 核心线程数：根据系统的 CPU 核心数、I/O 操作类型和任务复杂度来设置。如果任务以 CPU 计算为主，核心线程数可设置为 CPU 核心数；如果任务包含大量 I/O 操作，核心线程数可适当大于 CPU 核心数。例如，可通过 Runtime.getRuntime().availableProcessors() 获取 CPU 核心数，然后根据实际情况调整。
- 最大线程数：设置合理的上限，避免过多线程耗尽系统资源。这需要根据系统的硬件资源（如内存）和任务特性来确定。
- 队列容量：根据任务的平均执行时间和到达速率来设置。如果任务执行时间短且到达速率高，可设置较大的队列容量；反之，则设置较小的队列容量。

2. 任务调度策略

按依赖关系调度：利用 CompletableFuture 的 thenApply、thenCompose 等方法，按照任务的依赖关系进行调度。例如，任务 A 完成后触发任务 B 和任务 C，可使用 CompletableFuture A = CompletableFuture.supplyAsync(() -> { /* A 的任务逻辑 */ }, executor); CompletableFuture B = A.thenApply(resultOfA -> { /* B 的任务逻辑 */ }); CompletableFuture C = A.thenApply(resultOfA -> { /* C 的任务逻辑 */ });
并行执行无依赖任务：对于没有依赖关系的任务，可并行执行以提高性能。例如，任务 E 和任务 F 无依赖关系，可分别创建 CompletableFuture 并使用线程池并行执行。

3. 避免死锁与资源耗尽

避免死锁：
- 打破循环依赖：检查任务依赖关系，确保不存在循环依赖。例如，任务 A 依赖任务 B，任务 B 依赖任务 C，任务 C 又依赖任务 A，这种情况需避免。
- 合理的锁顺序：如果任务中涉及锁操作，确保所有任务获取锁的顺序一致，避免出现交叉获取锁导致死锁。
避免资源耗尽：
- 合理配置线程池：如上述线程池配置部分所述，通过合理设置核心线程数、最大线程数和队列容量，防止过多线程创建和任务堆积导致内存溢出等资源耗尽问题。
- 监控与预警：定期监控系统资源使用情况（如 CPU、内存、线程数等），设置合理的阈值，当资源使用接近阈值时发出预警，以便及时调整系统参数或优化任务。

简化的代码框架示例

import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class CompletableFutureOptimization {

    private static final int CORE_POOL_SIZE = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    private static final int MAX_POOL_SIZE = CORE_POOL_SIZE * 2;
    private static final int QUEUE_CAPACITY = 1000;
    private static final ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
            CORE_POOL_SIZE,
            MAX_POOL_SIZE,
            10L,
            TimeUnit.SECONDS,
            new ArrayBlockingQueue<>(QUEUE_CAPACITY),
            new ThreadFactory() {
                private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
                @Override
                public Thread newThread(Runnable r) {
                    Thread thread = new Thread(r, "MyThread-" + threadNumber.getAndIncrement());
                    thread.setDaemon(false);
                    return thread;
                }
            },
            new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

    public static void main(String[] args) {
        // 任务 A
        CompletableFuture<Integer> taskA = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("Task A is running");
            return 10;
        }, executor);

        // 任务 B 依赖任务 A 的结果
        CompletableFuture<Integer> taskB = taskA.thenApply(resultOfA -> {
            System.out.println("Task B is running with result of A: " + resultOfA);
            return resultOfA * 2;
        });

        // 任务 C 依赖任务 A 的结果
        CompletableFuture<Integer> taskC = taskA.thenApply(resultOfA -> {
            System.out.println("Task C is running with result of A: " + resultOfA);
            return resultOfA * 3;
        });

        // 任务 D 依赖任务 B 和任务 C 的结果
        CompletableFuture<Void> taskD = CompletableFuture.allOf(taskB, taskC).thenRun(() -> {
            int resultOfB = taskB.join();
            int resultOfC = taskC.join();
            System.out.println("Task D is running with result of B: " + resultOfB + " and result of C: " + resultOfC);
        });

        taskD.join();
        executor.shutdown();
    }
}

上述代码框架展示了如何使用 CompletableFuture 处理有依赖关系的异步任务，并通过自定义线程池来管理任务执行。其中，ThreadPoolExecutor 用于创建线程池，通过 supplyAsync 方法执行任务 A，然后利用 thenApply 和 allOf 等方法按照依赖关系调度后续任务。最后，通过 join 方法等待任务执行完成，并关闭线程池。

面试题：Java CompletableFuture在高并发且任务依赖复杂场景下的性能优化与设计

知识考点

面试题答案

1. 线程池的选择与配置

2. 任务调度策略

3. 避免死锁与资源耗尽

简化的代码框架示例