Java多執行緒6 CompletionService
CompletionService
1 CompletionService介紹
CompletionService用於提交一組Callable任務，其take方法返回已完成的一個Callable任務對應的Future物件。
如果你向Executor提交了一個批處理任務，並且希望在它們完成後獲得結果。為此你可以將每個任務的Future儲存進一個集合，然後迴圈這個集合呼叫Future的get()取出資料。幸運的是CompletionService幫你做了這件事情。
CompletionService整合了Executor和BlockingQueue的功能。你可以將Callable任務提交給它去執行，然後使用類似於佇列中的take和poll方法，在結果完整可用時獲得這個結果，像一個打包的Future。
CompletionService的take返回的future是哪個先完成就先返回哪一個，而不是根據提交順序。
2 CompletionService原始碼分析
首先看一下 構造方法：
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>>();
}
構造法方法主要初始化了一個阻塞佇列，用來儲存已完成的task任務。
然後看一下 completionService.submit 方法：
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;
}
public Future<V> submit(Runnable task, V result) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<V> f = newTaskFor(task, result);
executor.execute(new QueueingFuture(f));
return f;
}
可以看到，callable任務被包裝成QueueingFuture，而 QueueingFuture是 FutureTask的子類，所以最終執行了FutureTask中的run()方法。來看一下該方法：
public void run() {
//判斷執行狀態，保證callable任務只被執行一次
if (state != NEW ||
!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
null, Thread.currentThread()))
return;
try {
Callable<V> c = callable;
if (c != null && state == NEW) {
V result;
boolean ran;
try {
//這裡回撥我們建立的callable物件中的call方法
result = c.call();
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
result = null;
ran = false;
setException(ex);
}
if (ran)
//處理執行結果
set(result);
}
} finally {
runner = null;
// state must be re-read after nulling runner to prevent
// leaked interrupts
int s = state;
if (s >= INTERRUPTING)
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
}
可以看到在該 FutureTask 中執行run方法，最終回撥自定義的callable中的call方法，執行結束之後，通過 set(result) 處理執行結果：
/**
* Sets the result of this future to the given value unless
* this future has already been set or has been cancelled.
*
* <p>This method is invoked internally by the {@link #run} method
* upon successful completion of the computation.
*
* @param v the value
*/
protected void set(V v) {
if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
outcome = v;
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
finishCompletion();
}
}
繼續跟進finishCompletion()方法，在該方法中找到 done()方法：
protected void done() { completionQueue.add(task); }
可以看到該方法只做了一件事情，就是將執行結束的task新增到了佇列中，只要佇列中有元素，我們呼叫take()方法時就可以獲得執行的結果。
到這裡就已經清晰了，非同步非阻塞獲取執行結果的實現原理其實就是通過佇列來實現的，FutureTask將執行結果放到佇列中，先進先出，執行緒執行結束的順序就是獲取結果的順序。
CompletionService實際上可以看做是Executor和BlockingQueue的結合體。CompletionService在接收到要執行的任務時，通過類似BlockingQueue的put和take獲得任務執行的結果。CompletionService的一個實現是ExecutorCompletionService，ExecutorCompletionService把具體的計算任務交給Executor完成。
在實現上，ExecutorCompletionService在建構函式中會建立一個BlockingQueue（使用的基於連結串列的無界佇列LinkedBlockingQueue），該BlockingQueue的作用是儲存Executor執行的結果。當計算完成時，呼叫FutureTask的done方法。當提交一個任務到ExecutorCompletionService時，首先將任務包裝成QueueingFuture，它是FutureTask的一個子類，然後改寫FutureTask的done方法，之後把Executor執行的計算結果放入BlockingQueue中。QueueingFuture的原始碼如下：
/**
* FutureTask extension to enqueue upon completion
*/
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;
}
3 CompletionService實現任務
public class CompletionServiceTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
CompletionService<Integer> completionService = new ExecutorCompletionService<Integer>(threadPool);
for (int i = 1; i <=10; i++) {
final int seq = i;
completionService.submit(new Callable<Integer>() {
@Override
public Integer call() throws Exception {
Thread.sleep(new Random().nextInt(5000));
return seq;
}
});
}
threadPool.shutdown();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
System.out.println(
completionService.take().get());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
CompletionService總結
相比ExecutorService，CompletionService可以更精確和簡便地完成非同步任務的執行
CompletionService的一個實現是ExecutorCompletionService，它是Executor和BlockingQueue功能的融合體，Executor完成計算任務，BlockingQueue負責儲存非同步任務的執行結果
在執行大量相互獨立和同構的任務時，可以使用CompletionService
CompletionService可以為任務的執行設定時限，主要是通過BlockingQueue的poll(long time,TimeUnit unit)為任務執行結果的取得限制時間，如果沒有完成就取消任務