ExecutorCompletionService 源码分析
概要
在ExecutorService的submit方法中可以获取返回值，通过Future的get方法，但是这个Future类存在缺陷，Future接口调用get（）方法取得处理后的返回结果时具有阻塞性，也就是说调用Future的get方法时，任务没有执行完成，则get方法要一直阻塞等到任务完成为止。 这样大大的影响了系统的性能，这就是Future的最大缺点。为此，java1.5以后提供了CompletionServlice来解决这个问题。
CompletionService 接口CompletionService的功能是异步的方式，一边生产任务，一边处理完成的任务结果，这样可以将执行的任务与处理任务隔离开来进行处理，使用submit执行任务，使用塔克获取已完成的任务，并按照这些任务的完成的时间顺序来处理他们的结果。
示例
向ExecutorService 提交一组任务，哪个任务先完成，就把完成任务的返回结果打印出来。
public class CompletionServiceExecutorDemo {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
// 同时运行多个任务，那个任务先返回数据，就先获取该数据
CompletionService<String> completionService = new ExecutorCompletionService<String>(threadPool);
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
final int seq = i;
completionService.submit(new Callable<String>() {
@Override
public String call() throws Exception {
int waitTime = new Random().nextInt(10);
TimeUnit.SECONDS.sleep(waitTime);
return "callable:"+seq+" 执行时间："+waitTime+"s";
}
});
}
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
try {
Future<String> future = completionService.take();
System.out.println(future.get());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
threadPool.shutdown();
}
}
执行结果如下：
callable:6 执行时间：1s
callable:2 执行时间：3s
callable:10 执行时间：3s
callable:1 执行时间：4s
callable:4 执行时间：5s
callable:8 执行时间：5s
callable:7 执行时间：7s
callable:5 执行时间：8s
callable:9 执行时间：9s
callable:3 执行时间：9s
从打印结果可以看出，这些任务是按照任务执行完成的顺序打印的，先执行完就先返回结果。
ExecutorCompletionService 源码分析
ExecutorCompletionService 类结构如下
public class ExecutorCompletionService<V> implements CompletionService<V> {
private final Executor executor; //线程池
private final AbstractExecutorService aes;
private final BlockingQueue<Future<V>> completionQueue; //任务完成队列
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;
}
ExecutorCompletionService 类中定义了一个QueueingFuture 的内部类，继承于FutureTask类，内部重写了FutureTask的done方法，该方法是在FutureTask任务执行完成后会调用的方法，在FutureTask中该方法未实现任何逻辑。
重写done方法，在任务处理完成后把该FutureTask任务放入到阻塞队列(BlockingQueue)中,然后我们就可以从阻塞队列中take执行完成的任务，进行想用的处理。
这里是实现ExecutorCompletionService的核心逻辑。
newTaskFor 方法
private RunnableFuture<V> newTaskFor(Callable<V> task) {
if (aes == null)
return new FutureTask<V>(task);
else
return aes.newTaskFor(task);
}
private RunnableFuture<V> newTaskFor(Runnable task, V result) {
if (aes == null)
return new FutureTask<V>(task, result);
else
return aes.newTaskFor(task, result);
}
ExecutorCompletionService 支持Callable和Runnable任务
- 把用户提交的Callable任务转成FutureTask。
- 把用户提交的Runnable任务转成FutureTask。
ExecutorCompletionService 构造方法1
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>>();
}
- 连接池（executor）不能为空。
- 判断该线程池是否AbstractExecutorService类型，如果是则赋值给aes，否则赋值null
（aes作用：把用户提交的Callable和Runnable任务转换成FutureTask） - 创建一个阻塞队列。（存放执行完成的FutureTask任务）
ExecutorCompletionService 构造方法2
public ExecutorCompletionService(Executor executor,
BlockingQueue<Future<V>> completionQueue) {
if (executor == null || completionQueue == null)
throw new NullPointerException();
this.executor = executor;
this.aes = (executor instanceof AbstractExecutorService) ?
(AbstractExecutorService) executor : null;
this.completionQueue = completionQueue;
}
该构造可以指定一个阻塞队列，其它功能同上构造方法。
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;
}
该方法可以向ExecutorCompletionService 中提交要执行的任务。
支持Callable和Runnable两种类型的任务。
如果提交的Runnable任务，则执行完后返回的结果为null。
public Future<V> take() throws InterruptedException {
return completionQueue.take();
}
从阻塞队列中获取执行完成的任务的，如果队列为空且任务没有全部完成，则阻塞当前线程，直到有任务执行完成。
public Future<V> poll() {
return completionQueue.poll();
}
public Future<V> poll(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return completionQueue.poll(timeout, unit);
}
}
ExecutorCompletionService支持非阻塞方式从阻塞队列中获取已完成的任务
- 可以通过poll方法来从阻塞队列中获取任务，如果队列为空，则直接返回null，不会阻塞当前线程。
2.支持等待多长时间来从阻塞队列中获取已经完成的任务。
总结
ExecutorCompletionService的实现原理是内部使用了FutureTask来实现异步的任务执行。通过一个内部类继承FutureTask，并实现了FutureTask的一个done方法。该done方法会在任务执行完成之后调用该方法，在任务执行完之后把当前的FutureTask放入到阻塞队列中。这样就实现了先执行完成的任务先存放到阻塞队列中，应用程序可以从阻塞队列中提前获取先执行完的任务。
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