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

在开发过程中在使用多线程进行并行处理一些事情的时候，大部分场景在处理多线程并行执行任务的时候，可以通过List添加Future来获取执行结果，有时候我们是不需要获取任务的执行结果的，方便后面引出ExecutorCompletionService。

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

方法摘要

提交一个 Callable 任务；一旦完成，便可以由take()、poll()方法获取

Future submit(Callable task)：

提交一个 Runnable 任务，并指定计算结果；

Future submit(Runnable task, V result)：

获取并移除表示下一个已完成任务的 Future，如果目前不存在这样的任务，则等待。

Future take() throws InterruptedException

获取并移除表示下一个已完成任务的 Future，如果不存在这样的任务，则返回 null。

Future poll()

获取并移除表示下一个已完成任务的 Future，如果目前不存在这样的任务，则将等待指定的时间（如果有必要）。

Future poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException

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例子，程序提交了多个任务，但只要有一个任务完成并返回一个非空的结果，并可以忽略掉其余的任务。

 void eample(Executor e, Collection> solvers) throws InterruptedException {
     CompletionService completionService = new ExecutorCompletionService(e);
     int n = solvers.size();
     List> futures = new ArrayList>(n);
     Result result = null;
     try {
         //提交多个任务
         for (Callable 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 f : futures)
               f.cancel(true);
         }
     if (result != null)
         use(result);
 }

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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 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>();
}

• 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 submit(Callable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture f = newTaskFor(task);
        executor.execute(new QueueingFuture(f));
        return f;
}

QueueingFuture为内部类：

在提交任务时，将任务封装成QueueingFuture：

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

其中，done()方法就是在任务执行完毕后，将任务放入队列中。

• 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；

最后，如果工作中并行处理任务不需要获取结果的，我们正常使用线程池提交就可以，任务技术只要适合工作的业务场景就是好的。