面试题：Java CompletableFuture在高并发场景下如何避免资源耗尽和性能瓶颈

可能导致问题的原因

线程资源耗尽：CompletableFuture默认使用ForkJoinPool.commonPool()，该线程池的线程数量有限（通常为CPU核心数 - 1）。在高并发场景下，如果任务量远超线程池容量，新任务将被阻塞等待线程资源，可能导致任务堆积，最终耗尽线程资源。
任务调度不合理：大量CompletableFuture任务可能会出现任务优先级不合理的情况，导致重要任务得不到及时执行，造成性能瓶颈。
资源回收不及时：CompletableFuture任务执行过程中可能会占用各种资源（如数据库连接、网络连接等），如果任务执行完毕后这些资源没有及时释放，随着任务数量增加，资源会被耗尽。

避免问题的策略和方法

合理配置线程池：
- 创建自定义线程池，根据系统资源和任务特性设置合适的线程数量。例如，对于CPU密集型任务，线程数可设置为CPU核心数；对于I/O密集型任务，线程数可适当增加。
- 示例代码：

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

public class CompletableFutureExample {
    private static final ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

    public static void main(String[] args) {
        Future<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello, CompletableFuture!", executor);
        try {
            System.out.println(future.get());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            executor.shutdown();
        }
    }
}

任务调度优化：
- 使用优先级队列或自定义调度算法来安排任务执行顺序。例如，对于一些对响应时间敏感的任务，可以设置较高的优先级。
- 示例代码（简单模拟优先级调度）：

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

class PriorityTask implements Comparable<PriorityTask> {
    private final int priority;
    private final Runnable task;
    private static final AtomicInteger counter = new AtomicInteger();

    public PriorityTask(int priority, Runnable task) {
        this.priority = priority;
        this.task = task;
    }

    @Override
    public int compareTo(PriorityTask other) {
        return Integer.compare(this.priority, other.priority);
    }

    public void run() {
        task.run();
    }
}

public class PriorityTaskScheduler {
    private final PriorityBlockingQueue<PriorityTask> taskQueue = new PriorityBlockingQueue<>();
    private final Thread workerThread;

    public PriorityTaskScheduler() {
        workerThread = new Thread(() -> {
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                try {
                    PriorityTask task = taskQueue.take();
                    task.run();
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }
        });
        workerThread.start();
    }

    public void submitTask(int priority, Runnable task) {
        taskQueue.add(new PriorityTask(priority, task));
    }

    public void shutdown() {
        workerThread.interrupt();
        try {
            workerThread.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}

资源回收机制：
- 使用try - finally块确保任务执行完毕后及时释放资源。例如，在使用数据库连接时：

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class DatabaseResourceExample {
    public static CompletableFuture<String> queryDatabase() {
        return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            Connection connection = null;
            PreparedStatement statement = null;
            ResultSet resultSet = null;
            try {
                connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb", "user", "password");
                statement = connection.prepareStatement("SELECT * FROM users WHERE id = 1");
                resultSet = statement.executeQuery();
                if (resultSet.next()) {
                    return resultSet.getString("name");
                }
            } catch (SQLException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            } finally {
                try {
                    if (resultSet != null) resultSet.close();
                    if (statement != null) statement.close();
                    if (connection != null) connection.close();
                } catch (SQLException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            return null;
        });
    }

    public static void main(String[] args) {
        queryDatabase().thenAccept(System.out::println);
    }
}

限流：
- 使用令牌桶算法或漏桶算法限制并发任务数量，防止任务过多导致资源耗尽。例如，使用Guava的RateLimiter：

import com.google.common.util.concurrent.RateLimiter;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;

public class RateLimitingExample {
    private static final RateLimiter rateLimiter = RateLimiter.create(10); // 每秒允许10个任务

    public static CompletableFuture<Void> executeTask(Runnable task) {
        rateLimiter.acquire();
        return CompletableFuture.runAsync(task);
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            executeTask(() -> System.out.println("Task " + i + " is running"));
        }
    }
}

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知识考点

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