面试题：Java中CompletableFuture自定义线程池supplyAsync方法的性能优化与资源管理

性能瓶颈和资源管理问题分析

线程池饱和：当任务提交速度超过线程池处理能力，队列被填满后新任务会被拒绝，导致系统响应变慢甚至任务丢失。
内存泄漏：如果CompletableFuture对象没有正确释放，其内部引用的资源（如线程、任务等）无法被垃圾回收，可能导致内存泄漏。
上下文切换开销：过多线程竞争CPU资源，频繁上下文切换会降低系统性能。
资源浪费：线程池创建过多线程，但实际任务执行时间短，会造成线程资源浪费。

优化策略和解决方案

合理配置线程池参数
- 核心线程数：根据CPU核心数和任务类型确定，I/O密集型任务可适当增大核心线程数，CPU密集型任务接近CPU核心数。
- 最大线程数：防止线程无限增长，避免资源耗尽。
- 队列容量：根据任务处理速度和提交频率设置，避免队列过长导致内存占用过多。
- 存活时间：设置非核心线程存活时间，及时回收空闲线程。
任务调度策略调整
- 优先级队列：对任务设置优先级，优先处理重要任务。
- 分类调度：将不同类型任务分配到不同线程池处理，避免互相干扰。
资源回收机制设计
- 确保CompletableFuture对象在使用完毕后正确释放，避免强引用导致内存泄漏。

代码示例

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

public class CompletableFutureOptimization {

    // 自定义线程池
    private static final ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
            5, // 核心线程数
            10, // 最大线程数
            10L, TimeUnit.SECONDS, // 存活时间
            new ArrayBlockingQueue<>(100), // 队列容量
            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() // 拒绝策略
    );

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
                // 模拟任务执行
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
                return "Task " + Thread.currentThread().getName() + " completed";
            }, executor)
           .thenAccept(System.out::println)
           .exceptionally(e -> {
                e.printStackTrace();
                return null;
            });
        }

        // 优雅关闭线程池
        executor.shutdown();
        try {
            if (!executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
                executor.shutdownNow();
                if (!executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
                    System.err.println("Pool did not terminate");
                }
            }
        } catch (InterruptedException ie) {
            executor.shutdownNow();
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}

上述代码展示了如何自定义线程池，并使用CompletableFuture结合该线程池执行异步任务，同时包含了线程池优雅关闭的操作。

伪代码示例

# 定义线程池参数
core_pool_size = 5
max_pool_size = 10
keep_alive_time = 10
queue_capacity = 100

# 创建线程池
executor = ThreadPoolExecutor(core_pool_size, max_pool_size, keep_alive_time, TimeUnit.SECONDS, ArrayBlockingQueue(queue_capacity))

for i in range(200):
    future = CompletableFuture.supplyAsync(lambda: {
        # 模拟任务执行
        sleep(0.1)
        return "Task " + current_thread().name + " completed"
    }, executor)
    future.then_accept(print)
    future.exceptionally(lambda e: {
        print(e)
        return None
    })

# 优雅关闭线程池
executor.shutdown()
try:
    if not executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS):
        executor.shutdownNow()
        if not executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS):
            print("Pool did not terminate")
except InterruptedException:
    executor.shutdownNow()
    current_thread().interrupt()

伪代码部分以Python风格展示了类似的逻辑，主要体现任务提交到线程池以及线程池关闭的过程。

面试题：Java中CompletableFuture自定义线程池supplyAsync方法的性能优化与资源管理

知识考点

面试题答案

性能瓶颈和资源管理问题分析

优化策略和解决方案

代码示例

伪代码示例