☕【Java技术指南】「并发编程专题」CompletionService框架基本使用和原理探究（基础篇）

前提概要

CompletionService的介绍

• CompletionService 接口是一个独立的接口，并没有扩展ExecutorService 。 其默认实现类是ExecutorCompletionService。

• 接口CompletionService 的功能是：以异步的方式一边执行未完成的任务，一边记录、处理已完成任务的结果。从而可以将任务的执行与处理任务的执行结果分离开来。

CompletionService的实现原理

• CompletionService就是监视着 Executor线程池执行的任务，用BlockingQueue将完成的任务的结果存储下来。

• 要不断遍历与每个任务关联的Future，然后不断去轮询，判断任务是否已经完成，功能比较繁琐。

public interface CompletionService<V> {
Future<V> submit(Callable<V> task);
Future<V> submit(Runnable task, V result);
Future<V> take() throws InterruptedException;
Future<V> poll();
Future<V> poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
}

方法摘要

Future submit(Callable task)：

Future submit(Runnable task, V result)：

Future take() throws InterruptedException

Future poll()

Future poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException

void eample(Executor e, Collection<Callable<Result>> solvers) throws InterruptedException {
CompletionService<Result> completionService = new ExecutorCompletionService<Result>(e);
int n = solvers.size();
List<Future<Result>> futures = new ArrayList<Future<Result>>(n);
Result result = null;
try {
//提交多个任务
for (Callable<Result> s : solvers)
futures.add(completionService.submit(s));
//
for (int i = 0; i < n; ++i) {
try {
//等待获取一个已经完成的任务
Result r = completionService.take().get();
//判断返回结果是否为空
if (r != null) {
result = r;
break;
}
} catch (ExecutionException ignore) {}
}
}
finally {
//取消所有任务
for (Future<Result> f : futures)
f.cancel(true);
}
if (result != null)
use(result);
}

ExecutorCompletionService的介绍

• ExecutorCompletionService内部有一个先进先出的阻塞队列，用于保存已经执行完成的Future，通过调用它的take方法或poll方法可以获取到一个已经执行完成的Future，进而通过调用Future接口实现类的get方法获取最终的结果。

• ExecutorCompletionService实现了CompletionService，内部通过Executor以及BlockingQueue来实现接口提出的规范，ExecutorCompletionService，提交任务后，可以按任务返回结果的先后顺序来获取各任务执行后的结果，该类实现了接口CompletionService

构造方法

• 指定一个Executor来执行任务，存储完成的任务的完成队列是LinkedBlockingQueue ;
• Executor由调用者传递进来，而Blocking可以使用默认的LinkedBlockingQueue，也可以由调用者传递。

ExecutorCompletionService(Executor executor)：

指定了任务执行器Executor和已完成的任务队列completionQueue

ExecutorCompletionService(Executor executor, BlockingQueue<Future> completionQueue)

实现构造器

public ExecutorCompletionService(Executor executor) {
if (executor == null)
throw new NullPointerException();
this.executor = executor;
this.aes = (executor instanceof AbstractExecutorService) ?
(AbstractExecutorService) executor : null;
this.completionQueue = new LinkedBlockingQueue<Future<V>>();
}

• 该接口定义了一系列方法：提交实现了Callable或Runnable接口的任务，并获取这些任务的结果。

• 包装后提交任务的submit()方法，该类还会将提交的任务封装成QueueingFuture，这样就可以实现FutureTask.done()方法，以便于在任务执行完毕后，将结果放入阻塞队列中。

public Future<V> submit(Callable<V> task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<V> f = newTaskFor(task);
executor.execute(new QueueingFuture(f));
return f;
}

QueueingFuture为内部类：

private class QueueingFuture extends FutureTask<Void> {
QueueingFuture(RunnableFuture<V> task) {
super(task, null);
this.task = task;
}
protected void done() { completionQueue.add(task); }
private final Future<V> task;
}

• 在调用take()、poll()方法时，会从阻塞队列中获取Future对象，以取得任务执行的结果。

• 它继承自 FutureTask，并且重写了 done 方法，其方法把任务放到我们包装线程池创建的堵塞队列里面；就是当任务执行完成后，就会被放到队列里面去了。

• 调用其take() 方法，就是阻塞等待，等到的一定是能够获取的结果的future，然后再调用get()方法获取执行结果；