CompletionService的基本使用以及原理

一、CompletionService的简介

1. CompletionService是Java并发编程中的一个工具类，它实现了一个任务完成的队列，并且可以按照任务完成的顺序来获取任务的结果。

2. CompletionService的主要作用是提供一种方式来处理一批并发执行的任务，并且在它们完成后按照完成的顺序获取结果。它通常与ExecutorService一起使用。

3. 使用CompletionService可以将一组任务提交给ExecutorService去执行，并且通过调用CompletionService的take()方法来获取已经完成的任务的结果。take()方法会阻塞直到有一个任务完成，并且返回一个Future对象，通过这个对象可以获取任务的结果。

4. CompletionService的优势在于它可以提供任务完成的顺序，这对于需要按照任务完成的顺序来处理结果的场景非常有用。在处理一组任务时，如果只使用普通的ExecutorService，那么需要自己维护一个任务完成的队列，并且需要使用额外的同步机制来保证任务的顺序，而使用CompletionService可以简化这个过程。

5. 总结起来，CompletionService是一个用于处理一组并发执行的任务，并按照任务完成的顺序获取结果的工具类。它可以简化任务结果的处理过程，并提供更方便的方式来获取已经完成的任务的结果。

二、CompletionService的底层大致原理

1. CompletionService的底层实现主要依赖于ExecutorCompletionService类，在这个类中，它内部维护了一个阻塞队列(BlockingQueue)和一个ExecutorService对象。

2. 具体来说，ExecutorCompletionService的构造函数会接收一个ExecutorService对象，并使用它来执行任务。同时，它会创建一个LinkedBlockingQueue对象作为阻塞队列，用于存储已完成的任务的结果。

3. 当任务提交给ExecutorService进行执行时，ExecutorCompletionService会将任务包装成一个FutureTask对象，并将其提交给ExecutorService。在任务执行完成后，ExecutorService会将结果添加到阻塞队列中。

4. 在获取任务结果时，ExecutorCompletionService会调用阻塞队列的take()方法，该方法会阻塞直到队列中有任务结果可取。一旦有任务结果可取，take()方法将返回一个Future对象，通过这个对象可以获取任务的结果。

5. 需要注意的是，ExecutorCompletionService内部使用了一个专门的类为已完成的任务结果进行包装，这个类叫做QueueingFuture。QueueingFuture继承自FutureTask，并添加了一个done()方法，用于在任务执行完成后将结果添加到阻塞队列中。

6. 总结起来，CompletionService的底层原理是通过使用ExecutorCompletionService类，它内部维护了一个阻塞队列和一个ExecutorService对象。任务提交给ExecutorService进行执行后，结果会被包装成QueueingFuture对象，并添加到阻塞队列中。在获取任务结果时，通过调用阻塞队列的take()方法来获取已完成的任务结果。

三、CompletionService的使用场景

虽然CompletionService主要是用于并发编程和多线程任务处理，但也可以在某些生活场景中找到类似的应用。

1. 批量下载文件：

假设你要从多个网站上下载大量的文件，可以将每个下载任务提交给CompletionService，它将负责并发地下载文件并返回下载结果。这样可以提高下载的效率，并且可以在任何一个文件下载完成后立即处理它。

2. 多个商品价格查询：

假设你想要比较多个不同网站上的商品价格，可以将每个商品的价格查询任务提交给CompletionService。它可以并发地查询每个网站上的商品价格，并将结果返回给你。这样可以快速地获取多个网站上的价格信息。

3. 并发处理多个API请求：

如果你需要同时向多个API发送请求，并等待它们的响应，可以使用CompletionService。你可以将每个请求任务提交给CompletionService，它将负责并发地发送请求并返回响应结果。这样可以提高API请求的效率，并在任意一个请求完成后立即处理它。

四、CompletionService的使用demo

1. 代码如下：

以多个商品价格查询为例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;

public class PriceComparison {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建CompletionService
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
        CompletionService<Double> completionService = new ExecutorCompletionService<>(executor);

        // 模拟多个商品的价格查询任务
        List<String> products = new ArrayList<>();
        products.add("product1");
        products.add("product2");
        products.add("product3");

        // 提交价格查询任务
        for (String product : products) {
            completionService.submit(() -> {
                // 模拟查询商品价格的逻辑，这里使用随机数模拟价格
                double price = Math.random() * 100;
                Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000)); // 模拟查询时间
                return price;
            });
        }

        // 获取查询结果
        for (int i = 0; i < products.size(); i++) {
            try {
                Future<Double> result = completionService.take();
                Double price = result.get();
                System.out.println("Product " + products.get(i) + " price: $" + price);
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        // 关闭ExecutorService
        executor.shutdown();
    }
}

2. 案例分析：

1. 在上述代码中，我们使用CompletionService实现了并发地查询多个商品的价格。首先，我们创建了一个ExecutorService，用于执行查询任务。然后，我们将每个商品的价格查询任务提交给CompletionService，它会负责并发地查询每个网站上的商品价格，并将结果返回给我们。最后，我们通过调用completionService.take()方法来获取查询结果，这个方法会阻塞直到有任务完成并返回结果。在获取到结果后，我们可以进行相应的处理。

2. 通过使用CompletionService，我们可以并发地查询多个网站上的商品价格，并且能够快速地获取到所有网站上的价格信息。这样可以提高价格比较的效率，并且能够及时获取到所有网站上的最新价格。同时，我们还可以通过调整线程池的大小来控制并发查询的程度，从而进一步优化性能。

3. 总结起来，CompletionService是一个非常有用的工具，可以在并发编程中方便地处理多个任务并获取结果。它适用于各种场景，包括生活中的实际应用。通过合理地利用CompletionService，我们可以提高任务处理的效率，并且能够更好地利用多线程和并发编程的优势。