面试题：Java CompletableFuture链式调用在高并发场景下的性能优化与资源管理

Question

假设在一个高并发场景中，有大量的CompletableFuture链式调用任务，可能会导致线程资源紧张和性能瓶颈。请详细阐述如何通过线程池管理、优化链式调用结构等方式来提高性能并合理管理资源，同时说明在这种场景下可能遇到的坑以及解决方案。

Answer 1

1. 线程池管理

• 自定义线程池：创建ThreadPoolExecutor实例，根据任务类型和系统资源设置合适的核心线程数、最大线程数、队列容量等参数。例如，对于I/O密集型任务，核心线程数可设置为CPU核心数的2倍左右；对于CPU密集型任务，核心线程数接近CPU核心数。
• 使用ForkJoinPool：适用于具有递归结构的任务。它采用工作窃取算法，能有效利用线程资源，提高并行度。例如在处理大数据集的分治算法场景中可发挥良好性能。

2. 优化链式调用结构

• 合并链式调用：将多个紧密相关的链式调用合并为一个，减少中间结果的传递和线程切换开销。例如，把对同一个数据对象的多个连续的处理步骤合并在一个thenApply或thenCompose中。
• 异步化合适步骤：对于一些可以并行执行的步骤，将其拆分并异步执行。比如使用CompletableFuture.allOf来并行执行多个CompletableFuture任务，然后再进行后续的链式调用。

3. 可能遇到的坑及解决方案

• 线程饥饿：
  • 原因：线程池中的线程长时间被占用，新任务无法获取线程执行。
  • 解决方案：合理调整线程池参数，确保有足够的线程处理任务，同时避免线程过多导致系统资源耗尽。例如，监控线程池的队列长度和活跃线程数，动态调整线程池大小。
• 内存泄漏：
  • 原因：CompletableFuture任务持有对大对象的引用，任务完成后这些对象未及时释放，导致内存占用不断增加。
  • 解决方案：在任务完成后，手动清除对不再需要的对象的引用，或者使用弱引用（WeakReference）来持有对象，便于垃圾回收器回收。
• 异常处理不当：
  • 原因：链式调用中某个环节抛出异常，如果没有正确捕获处理，可能导致整个任务链中断，并且异常信息难以追踪。
  • 解决方案：在每个CompletableFuture步骤中使用exceptionally或handle方法来捕获处理异常，确保任务链的稳定性，同时记录详细的异常日志以便排查问题。