高併發編程-ExecutorCompletionService深入解析

要點解說

假設現在有一大批需要進行計算的任務，爲了提高整批任務的執行效率，你可能會使用線程池，向線程池中不斷submit異步計算任務，同時你需要保留與每個任務關聯的Future，最後遍歷這些Future，通過調用Future接口實現類的get方法獲取整批計算任務的各個結果。

雖然使用了線程池提高了整體的執行效率，但遍歷這些Future，調用Future接口實現類的get方法是阻塞的，也就是和當前這個Future關聯的計算任務真正執行完成的時候，get方法才返回結果，如果當前計算任務沒有執行完成，而有其它Future關聯的計算任務已經執行完成了，就會白白浪費很多等待的時間，所以最好是遍歷的時候誰先執行完成就先獲取哪個結果，這樣就節省了很多持續等待的時間。

而ExecutorCompletionService可以實現這樣的效果，它的內部有一個先進先出的阻塞隊列，用於保存已經執行完成的Future，通過調用它的take方法或poll方法可以獲取到一個已經執行完成的Future，進而通過調用Future接口實現類的get方法獲取最終的結果。

實例演示

@Test	
public void test() throws InterruptedException, ExecutionException {	
    Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(3);	
    CompletionService<String> service = new ExecutorCompletionService<>(executor);	
    for (int i = 0 ; i < 5 ;i++) {	
        int seqNo = i;	
        service.submit(new Callable<String>() {	
            @Override	
            public String call() throws Exception {	
                return "HelloWorld-" + seqNo + "-" + Thread.currentThread().getName();	
            }	
        });	
    }	
    for (int j = 0 ; j < 5; j++) {	
        System.out.println(service.take().get());	
    }	
}

執行結果：

HelloWorld-2-pool-1-thread-3	
HelloWorld-1-pool-1-thread-2	
HelloWorld-3-pool-1-thread-2	
HelloWorld-4-pool-1-thread-3	
HelloWorld-0-pool-1-thread-1

方法解析

ExecutorCompletionService實現了CompletionService接口，在CompletionService接口中定義瞭如下這些方法：

Future<V> submit(Callable<V> task):提交一個Callable類型任務，並返回該任務執行結果關聯的Future；
Future<V> submit(Runnable task,V result):提交一個Runnable類型任務，並返回該任務執行結果關聯的Future；
Future<V> take():從內部阻塞隊列中獲取並移除第一個執行完成的任務，阻塞，直到有任務完成；
Future<V> poll():從內部阻塞隊列中獲取並移除第一個執行完成的任務，獲取不到則返回null，不阻塞；
Future<V> poll(long timeout, TimeUnit unit):從內部阻塞隊列中獲取並移除第一個執行完成的任務，阻塞時間爲timeout，獲取不到則返回null；

源碼解析

根據上面的實例演示代碼分析ExecutorCompletionService內部的實現原理。

ExecutorCompletionService有三個私有屬性，分別是executor、aes和completionQueue，其中completionQueue就是存儲已完成任務的隊列，具體代碼如下圖。

進入它的構造方法，在方法內部給它的三個屬性賦值，可以看到在這裏初始化了一個LinkedBlockingQueue類型的先進先出阻塞隊列，具體代碼如下圖。

接着，進入ExecutorCompletionService的submit方法，這裏我們分析參數類型是Callable的submit方法，具體代碼如下圖。

跟蹤代碼進入newTaskFor方法，具體代碼如下圖。

在ExecutorCompletionService構造方法中已經給aes賦過值了，所以進入AbstractExecutorService的newTaskFor方法，具體代碼如下圖。

跟蹤代碼進入FutureTask構造方法，具體代碼如下圖。

到這裏構建的RunnableFuture實例對象完成了，回到上述的submit方法中，繼續分析executor.execute(new QueueingFuture(f))，首先是new QueueingFuture(f)，QueueingFuture是ExecutorCompletionService中的內部類，具體代碼如下圖。

從圖中的代碼可以看到，將RunnableFuture實例對象賦值給了QueueingFuture的task屬性，注意上圖紅框中有一個done方法，它的內部是將一個task添加到已完成阻塞隊列中，這個先記住後面會用到。接着，分析executor.execute(new QueueingFuture(f))，因爲我們的實例演示代碼中使用到的是ThreadPoolExecutor，所以executor.execute()方法執行到ThreadPoolExecutor中，具體重點代碼如下圖。