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。