面试官：如何实现线程池任务编排？

任务编排（Task Orchestration）是指管理和控制多个任务的执行流程，确保它们按照预定的顺序正确执行。

1.为什么需要任务编排？

在复杂的业务场景中，任务间通常存在依赖关系，也就是某个任务会依赖另一个任务的执行结果，在这种情况下，我们需要通过任务编排，来确保任务按照正确的顺序进行执行。

例如，以下任务的执行顺序：

其中，任务二要等任务一执行完才能执行，而任务四要等任务二和任务三全部执行完才能执行。

2.任务编排实现

任务编排和控制的主要手段有以下：

• Future
• CompletableFuture
• CountDownLatch
• Semaphore
• CyclicBarrier

但如果是全局线程池，想要实现精准的任务编排，只能使用 Future 或 CompletableFuture。

2.1 Future 任务编排

使用 Future 实现上述 4 个任务的编排（任务二要等任务一执行完才能执行，而任务四要等任务二和任务三全部执行完才能执行）：

import java.util.concurrent.*;
import java.util.Arrays;

public class TaskOrchestrator {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个线程池来执行任务
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);

        // 定义任务一
        Future<String> taskOneResult = executor.submit(new Callable<String>() {
            @Override
            public String call() throws Exception {
                Thread.sleep(2000); // 模拟耗时操作
                return "Task One Result";
            }
        });

        // 定义任务二，依赖任务一
        Future<String> taskTwoResult = executor.submit(new Callable<String>() {
            @Override
            public String call() throws Exception {
                String result = taskOneResult.get(); // 阻塞等待任务一完成
                Thread.sleep(1000); // 模拟耗时操作
                return "Task Two Result, got: " + result;
            }
        });

        // 定义任务三
        Future<String> taskThreeResult = executor.submit(new Callable<String>() {
            @Override
            public String call() throws Exception {
                Thread.sleep(1500); // 模拟耗时操作
                return "Task Three Result";
            }
        });

        // 定义任务四，依赖任务二和任务三
        Future<String> taskFourResult = executor.submit(new Callable<String>() {
            @Override
            public String call() throws Exception {
                String taskTwoOutput = taskTwoResult.get(); // 阻塞等待任务二完成
                String taskThreeOutput = taskThreeResult.get(); // 阻塞等待任务三完成
                Thread.sleep(500); // 模拟耗时操作
                return "Task Four Result, got: " + taskTwoOutput + " and " + taskThreeOutput;
            }
        });

        // 打印最终结果
        try {
            System.out.println("Final Result: " + taskFourResult.get());
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

2.2 CompletableFuture 任务编排

CompletableFutrue 提供的方法有很多，但最常用和最实用的核心方法只有以下几个：

接下来，使用 CompletableFuture 实现上述 4 个任务的编排（任务二要等任务一执行完才能执行，而任务四要等任务二和任务三全部执行完才能执行）：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;

public class CompletableFutureExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 任务一：返回 "Task 1 result"
        CompletableFuture<String> task1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                // 模拟耗时操作
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                throw new RuntimeException(e);
            }
            return "Task 1 result";
        });
        // 任务二：依赖任务一，返回 "Task 2 result" + 任务一的结果
        CompletableFuture<String> task2 = task1.handle((result1, throwable) -> {
            try {
                // 模拟耗时操作
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                throw new RuntimeException(e);
            }
            return "Task 2 result " + result1;
        });
        // 任务三：和任务一、任务二并行执行，返回 "Task 3 result"
        CompletableFuture<String> task3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                // 模拟耗时操作
                Thread.sleep(800); // 任务三可能比任务二先完成
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                throw new RuntimeException(e);
            }
            return "Task 3 result";
        });
        // 任务四：依赖任务二和任务三，等待它们都完成后执行，返回 "Task 4 result" + 任务二和任务三的结果
        CompletableFuture<String> task4 = CompletableFuture.allOf(task2, task3).handle((res, throwable) -> {
            try {
                // 这里不需要显式等待，因为 allOf 已经保证了它们完成
                return "Task 4 result with " + task2.get() + " and " + task3.get();
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        });
        // 获取任务四的结果并打印
        String finalResult = task4.join();
        System.out.println(finalResult);
    }
}

课后思考

Future 和 CompletableFutrue 有什么关系？CompletableFutrue 底层是如何实现的？

本文已收录到我的面试小站 www.javacn.site，其中包含的内容有：Redis、JVM、并发、并发、MySQL、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、设计模式、消息队列等模块。