java并发编程之CompletionService

应用场景

当向Executor提交多个任务并且希望获得它们在完成之后的结果,如果用FutureTask,可以循环获取task,并调用get方法去获取task执行结果,但是如果task还未完成,获取结果的线程将阻塞直到task完成,由于不知道哪个task优先执行完毕,使用这种方式效率不会很高。在jdk5时候提出接口CompletionService,它整合了Executor和BlockingQueue的功能,可以更加方便在多个任务执行时获取到任务执行结果。

案例
  • 需求:不使用求和公式,计算从1到100000000相加的和。

  • 分析设计:需求指明不能使用求和公式,只能循环依次相加,为了提高效率,我们可以将1到100000000的数分为n段由n个task执行,执行结束后merge结果求最后的和。

  • 代码实现

    CompletionService使用案例

    • 声明task执行载体,线程池executor;

    • 声明CompletionService,通过参数指定执行task的线程池,存放已完成状态task的阻塞队列,队列默认为基于链表结构的阻塞队列LinkedBlockingQueue;

    • 调用submit方法提交task;

    • 调用take方法获取已完成状态task。

CompletionService源码分析

CompletionService接口提供五个方法:

  • Future<V> submit(Callable<V> task)
    提交Callable类型的task;

  • Future<V> submit(Runnable task, V result)
    提交Runnable类型的task;

  • Future<V> take() throws InterruptedException
    获取并移除已完成状态的task,如果目前不存在这样的task,则等待;

  • Future<V> poll()
    获取并移除已完成状态的task,如果目前不存在这样的task,返回null;

  • Future<V> poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException
    获取并移除已完成状态的task,如果在指定等待时间内不存在这样的task,返回null。

接下来我们来看看CompletionService接口的具体实现:ExecutorCompletionService。

ExecutorCompletionService实现分析

  • 成员变量


    成员变量

    ExecutorCompletionService有三个成员变量:

    • executor:执行task的线程池,创建CompletionService必须指定;

    • aes:主要用于创建待执行task;

    • completionQueue:存储已完成状态的task,默认是基于链表结构的阻塞队列LinkedBlockingQueue。

  • 构造方法


    构造方法

    ExecutorCompletionService提供两个构造方法,具体的使用具体情况具体分析,使用者可以根据业务场景来进行选择。

  • task提交
    ExecutorCompletionService提供submit方法来提交Callable类型或者Runnable类型的task:


    线程提交.png

    具体的执行流程如下:

    1. 参数校验,不符合条件的task抛出异常,程序结束;

    2. 将Callable类型或者Runnable类型的task构造成FutureTask;

    3. 把构造好的FutureTask交由线程池executor执行。

    看到这里可能大家会比较疑惑了,task调用submit方法可以提交,完成的task是什么时候被加入到completionQueue里的呢?

    针对这个问题,从submit方法的源码可以看出,在提交到线程池的时候需要将FutureTask封装成QueueingFuture,我们来看看QueueingFuture的具体实现:


    QueueingFuture实现

    从源码可以看出,QueueingFuture是FutureTask的子类,实现了done方法,在task执行完成之后将当前task添加到completionQueue,done方法的具体调用在FutureTask的finishCompletion方法,上篇介绍FutureTask的文章已经做过具体的分析,在这里就不再赘述了。

  • 已完成状态task获取
    CompletionService的take方法和poll方法都可以获取已完成状态的task,我们来看看具体的实现:


    take、poll实现

    从源码可以看出,take和poll都是调用BlockingQueue提供的方法。既然take和poll都可以获取到已完成状态的task,那么他们的区别是什么呢?

    • take在获取并移除已完成状态的task时,如果目前暂时不存在这样的task,等待,直到存在这样的task;

    • poll在获取并移除已完成状态的task时,如果目前暂时不存在这样的task,不等待,直接返回null。

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