第20篇：JUC中的Executor框架详解2

star2017 1年前 ⋅ 716 阅读

本文内容

  1. ExecutorCompletionService出现的背景
  2. 介绍CompletionService接口及常用的方法
  3. 介绍ExecutorCompletionService类及其原理
  4. 示例：执行一批任务，然后消费执行结果
  5. 示例【2种方式】：异步执行一批任务，有一个完成立即返回，其他取消

需要解决的问题

还是举个例子说明更好理解一些。

买新房了，然后在网上下单买冰箱、洗衣机，电器商家不同，所以送货耗时不一样，然后等他们送货，快递只愿送到楼下，然后我们自己将其搬到楼上的家中。

用程序来模拟上面的实现。示例代码如下：

  1. package com.itsoku.chat18;
  3. import java.util.concurrent.*;
  5. /**
  6.  * 跟着阿里p7学并发，微信公众号：javacode2018
  7.  */
  8. public class Demo12 {
  9.     static class GoodsModel {
  10.         //商品名称
  11.         String name;
  12.         //购物开始时间
  13.         long startime;
  14.         //送到的时间
  15.         long endtime;
  17.         public GoodsModel(String name, long startime, long endtime) {
  18.             this.name = name;
  19.             this.startime = startime;
  20.             this.endtime = endtime;
  21.         }
  23.         @Override
  24.         public String toString() {
  25.             return name + "，下单时间[" + this.startime + "," + endtime + "]，耗时:" + (this.endtime - this.startime);
  26.         }
  27.     }
  29.     /**
  30.      * 将商品搬上楼
  31.      *
  32.      * @param goodsModel
  33.      * @throws InterruptedException
  34.      */
  35.     static void moveUp(GoodsModel goodsModel) throws InterruptedException {
  36.         //休眠5秒，模拟搬上楼耗时
  37.         TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
  38.         System.out.println("将商品搬上楼，商品信息:" + goodsModel);
  39.     }
  41.     /**
  42.      * 模拟下单
  43.      *
  44.      * @param name     商品名称
  45.      * @param costTime 耗时
  46.      * @return
  47.      */
  48.     static Callable<GoodsModel> buyGoods(String name, long costTime) {
  49.         return () -> {
  50.             long startTime = System.currentTimeMillis();
  51.             System.out.println(startTime + "购买" + name + "下单!");
  52.             //模拟送货耗时
  53.             try {
  54.                 TimeUnit.SECONDS.sleep(costTime);
  55.             } catch (InterruptedException e) {
  56.                 e.printStackTrace();
  57.             }
  58.             long endTime = System.currentTimeMillis();
  59.             System.out.println(startTime + name + "送到了!");
  60.             return new GoodsModel(name, startTime, endTime);
  61.         };
  62.     }
  64.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
  65.         long st = System.currentTimeMillis();
  66.         System.out.println(st + "开始购物!");
  68.         //创建一个线程池，用来异步下单
  69.         ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
  70.         //异步下单购买冰箱
  71.         Future<GoodsModel> bxFuture = executor.submit(buyGoods("冰箱", 5));
  72.         //异步下单购买洗衣机
  73.         Future<GoodsModel> xyjFuture = executor.submit(buyGoods("洗衣机", 2));
  74.         //关闭线程池
  75.         executor.shutdown();
  77.         //等待冰箱送到
  78.         GoodsModel bxGoodModel = bxFuture.get();
  79.         //将冰箱搬上楼
  80.         moveUp(bxGoodModel);
  81.         //等待洗衣机送到
  82.         GoodsModel xyjGooldModel = xyjFuture.get();
  83.         //将洗衣机搬上楼
  84.         moveUp(xyjGooldModel);
  85.         long et = System.currentTimeMillis();
  86.         System.out.println(et + "货物已送到家里咯，哈哈哈！");
  87.         System.out.println("总耗时:" + (et - st));
  88.     }
  89. }

输出：

  1. 1564653121515开始购物!
  2. 1564653121588购买冰箱下单!
  3. 1564653121588购买洗衣机下单!
  4. 1564653121588洗衣机送到了!
  5. 1564653121588冰箱送到了!
  6. 将商品搬上楼，商品信息:冰箱，下单时间[1564653121588,1564653126590]，耗时:5002
  7. 将商品搬上楼，商品信息:洗衣机，下单时间[1564653121588,1564653123590]，耗时:2002
  8. 1564653136591货物已送到家里咯，哈哈哈！
  9. 总耗时:15076

从输出中我们可以看出几个时间：

  1. 购买冰箱耗时5秒
  2. 购买洗衣机耗时2秒
  3. 将冰箱送上楼耗时5秒
  4. 将洗衣机送上楼耗时5秒
  5. 共计耗时15秒

购买洗衣机、冰箱都是异步执行的，我们先把冰箱送上楼了，然后再把冰箱送上楼了。上面大家应该发现了一个问题，洗衣机先到的，洗衣机到了，我们并没有去把洗衣机送上楼，而是在等待冰箱到货（bxFuture.get();），然后将冰箱送上楼，中间导致浪费了3秒，现实中应该是这样的，先到的先送上楼，修改一下代码，洗衣机先到的，先送洗衣机上楼，代码如下：

  1. package com.itsoku.chat18;
  3. import java.util.concurrent.*;
  5. /**
  6.  * 跟着阿里p7学并发，微信公众号：javacode2018
  7.  */
  8. public class Demo13 {
  9.     static class GoodsModel {
  10.         //商品名称
  11.         String name;
  12.         //购物开始时间
  13.         long startime;
  14.         //送到的时间
  15.         long endtime;
  17.         public GoodsModel(String name, long startime, long endtime) {
  18.             this.name = name;
  19.             this.startime = startime;
  20.             this.endtime = endtime;
  21.         }
  23.         @Override
  24.         public String toString() {
  25.             return name + "，下单时间[" + this.startime + "," + endtime + "]，耗时:" + (this.endtime - this.startime);
  26.         }
  27.     }
  29.     /**
  30.      * 将商品搬上楼
  31.      *
  32.      * @param goodsModel
  33.      * @throws InterruptedException
  34.      */
  35.     static void moveUp(GoodsModel goodsModel) throws InterruptedException {
  36.         //休眠5秒，模拟搬上楼耗时
  37.         TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
  38.         System.out.println("将商品搬上楼，商品信息:" + goodsModel);
  39.     }
  41.     /**
  42.      * 模拟下单
  43.      *
  44.      * @param name     商品名称
  45.      * @param costTime 耗时
  46.      * @return
  47.      */
  48.     static Callable<GoodsModel> buyGoods(String name, long costTime) {
  49.         return () -> {
  50.             long startTime = System.currentTimeMillis();
  51.             System.out.println(startTime + "购买" + name + "下单!");
  52.             //模拟送货耗时
  53.             try {
  54.                 TimeUnit.SECONDS.sleep(costTime);
  55.             } catch (InterruptedException e) {
  56.                 e.printStackTrace();
  57.             }
  58.             long endTime = System.currentTimeMillis();
  59.             System.out.println(endTime + name + "送到了!");
  60.             return new GoodsModel(name, startTime, endTime);
  61.         };
  62.     }
  64.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
  65.         long st = System.currentTimeMillis();
  66.         System.out.println(st + "开始购物!");
  68.         //创建一个线程池，用来异步下单
  69.         ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
  70.         //异步下单购买冰箱
  71.         Future<GoodsModel> bxFuture = executor.submit(buyGoods("冰箱", 5));
  72.         //异步下单购买洗衣机
  73.         Future<GoodsModel> xyjFuture = executor.submit(buyGoods("洗衣机", 2));
  74.         //关闭线程池
  75.         executor.shutdown();
  77.         //等待洗衣机送到
  78.         GoodsModel xyjGooldModel = xyjFuture.get();
  79.         //将洗衣机搬上楼
  80.         moveUp(xyjGooldModel);
  81.         //等待冰箱送到
  82.         GoodsModel bxGoodModel = bxFuture.get();
  83.         //将冰箱搬上楼
  84.         moveUp(bxGoodModel);
  85.         long et = System.currentTimeMillis();
  86.         System.out.println(et + "货物已送到家里咯，哈哈哈！");
  87.         System.out.println("总耗时:" + (et - st));
  88.     }
  89. }

输出：

  1. 1564653153393开始购物!
  2. 1564653153466购买洗衣机下单!
  3. 1564653153466购买冰箱下单!
  4. 1564653155467洗衣机送到了!
  5. 1564653158467冰箱送到了!
  6. 将商品搬上楼，商品信息:洗衣机，下单时间[1564653153466,1564653155467]，耗时:2001
  7. 将商品搬上楼，商品信息:冰箱，下单时间[1564653153466,1564653158467]，耗时:5001
  8. 1564653165469货物已送到家里咯，哈哈哈！
  9. 总耗时:12076

耗时12秒，比第一种少了3秒。

问题来了，上面是我们通过调整代码达到了最优效果，实际上，购买冰箱和洗衣机具体哪个耗时时间长我们是不知道的，怎么办呢，有没有什么解决办法？

CompletionService接口

CompletionService相当于一个执行任务的服务，通过submit丢任务给这个服务，服务内部去执行任务，可以通过服务提供的一些方法获取服务中已经完成的任务。

接口内的几个方法：

  1. Future<V> submit(Callable<V> task);

用于向服务中提交有返回结果的任务，并返回Future对象

  1. Future<V> submit(Runnable task, V result);

用户向服务中提交有返回值的任务去执行，并返回Future对象

  1. Future<V> take() throws InterruptedException;

从服务中返回并移除一个已经完成的任务，如果获取不到，会一致阻塞到有返回值为止。此方法会响应线程中断。

  1. Future<V> poll();

从服务中返回并移除一个已经完成的任务，如果内部没有已经完成的任务，则返回空，此方法会立即响应。

  1. Future<V> poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

尝试在指定的时间内从服务中返回并移除一个已经完成的任务，等待的时间超时还是没有获取到已完成的任务，则返回空。此方法会响应线程中断

通过submit向内部提交任意多个任务，通过take方法可以获取已经执行完成的任务，如果获取不到将等待。

ExecutorCompletionService类

ExecutorCompletionService类是CompletionService接口的具体实现。

说一下其内部原理，ExecutorCompletionService创建的时候会传入一个线程池，调用submit方法传入需要执行的任务，任务由内部的线程池来处理；ExecutorCompletionService内部有个阻塞队列，任意一个任务完成之后，会将任务的执行结果（Future类型）放入阻塞队列中，然后其他线程可以调用它take、poll方法从这个阻塞队列中获取一个已经完成的任务，获取任务返回结果的顺序和任务执行完成的先后顺序一致，所以最先完成的任务会先返回。

关于阻塞队列的知识后面会专门抽几篇来讲，大家可以关注一下后面的文章。

看一下构造方法：

  1. public ExecutorCompletionService(Executor executor) {
  2.         if (executor == null)
  3.             throw new NullPointerException();
  4.         this.executor = executor;
  5.         this.aes = (executor instanceof AbstractExecutorService) ?
  6.             (AbstractExecutorService) executor : null;
  7.         this.completionQueue = new LinkedBlockingQueue<Future<V>>();
  8.     }

构造方法需要传入一个Executor对象，这个对象表示任务执行器，所有传入的任务会被这个执行器执行。

completionQueue是用来存储任务结果的阻塞队列，默认用采用的是LinkedBlockingQueue，也支持开发自己设置。通过submit传入需要执行的任务，任务执行完成之后，会放入completionQueue中，有兴趣的可以看一下原码，还是很好理解的。

使用ExecutorCompletionService解决文章开头的问题

代码如下：

  1. package com.itsoku.chat18;
  3. import java.util.concurrent.*;
  5. /**
  6.  * 跟着阿里p7学并发，微信公众号：javacode2018
  7.  */
  8. public class Demo14 {
  9.     static class GoodsModel {
  10.         //商品名称
  11.         String name;
  12.         //购物开始时间
  13.         long startime;
  14.         //送到的时间
  15.         long endtime;
  17.         public GoodsModel(String name, long startime, long endtime) {
  18.             this.name = name;
  19.             this.startime = startime;
  20.             this.endtime = endtime;
  21.         }
  23.         @Override
  24.         public String toString() {
  25.             return name + "，下单时间[" + this.startime + "," + endtime + "]，耗时:" + (this.endtime - this.startime);
  26.         }
  27.     }
  29.     /**
  30.      * 将商品搬上楼
  31.      *
  32.      * @param goodsModel
  33.      * @throws InterruptedException
  34.      */
  35.     static void moveUp(GoodsModel goodsModel) throws InterruptedException {
  36.         //休眠5秒，模拟搬上楼耗时
  37.         TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
  38.         System.out.println("将商品搬上楼，商品信息:" + goodsModel);
  39.     }
  41.     /**
  42.      * 模拟下单
  43.      *
  44.      * @param name     商品名称
  45.      * @param costTime 耗时
  46.      * @return
  47.      */
  48.     static Callable<GoodsModel> buyGoods(String name, long costTime) {
  49.         return () -> {
  50.             long startTime = System.currentTimeMillis();
  51.             System.out.println(startTime + "购买" + name + "下单!");
  52.             //模拟送货耗时
  53.             try {
  54.                 TimeUnit.SECONDS.sleep(costTime);
  55.             } catch (InterruptedException e) {
  56.                 e.printStackTrace();
  57.             }
  58.             long endTime = System.currentTimeMillis();
  59.             System.out.println(endTime + name + "送到了!");
  60.             return new GoodsModel(name, startTime, endTime);
  61.         };
  62.     }
  64.     public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
  65.         long st = System.currentTimeMillis();
  66.         System.out.println(st + "开始购物!");
  67.         ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
  69.         //创建ExecutorCompletionService对象
  70.         ExecutorCompletionService<GoodsModel> executorCompletionService = new ExecutorCompletionService<>(executor);
  71.         //异步下单购买冰箱
  72.         executorCompletionService.submit(buyGoods("冰箱", 5));
  73.         //异步下单购买洗衣机
  74.         executorCompletionService.submit(buyGoods("洗衣机", 2));
  75.         executor.shutdown();
  77.         //购买商品的数量
  78.         int goodsCount = 2;
  79.         for (int i = 0; i < goodsCount; i++) {
  80.             //可以获取到最先到的商品
  81.             GoodsModel goodsModel = executorCompletionService.take().get();
  82.             //将最先到的商品送上楼
  83.             moveUp(goodsModel);
  84.         }
  86.         long et = System.currentTimeMillis();
  87.         System.out.println(et + "货物已送到家里咯，哈哈哈！");
  88.         System.out.println("总耗时:" + (et - st));
  89.     }
  90. }

输出：

  1. 1564653208284开始购物!
  2. 1564653208349购买冰箱下单!
  3. 1564653208349购买洗衣机下单!
  4. 1564653210349洗衣机送到了!
  5. 1564653213350冰箱送到了!
  6. 将商品搬上楼，商品信息:洗衣机，下单时间[1564653208349,1564653210349]，耗时:2000
  7. 将商品搬上楼，商品信息:冰箱，下单时间[1564653208349,1564653213350]，耗时:5001
  8. 1564653220350货物已送到家里咯，哈哈哈！
  9. 总耗时:12066

从输出中可以看出和我们希望的结果一致，代码中下单顺序是：冰箱、洗衣机，冰箱送货耗时5秒，洗衣机送货耗时2秒，洗衣机先到的，然后被送上楼了，冰箱后到被送上楼，总共耗时12秒，和期望的方案一样。

示例：执行一批任务，然后消费执行结果

代码如下：

  1. package com.itsoku.chat18;
  3. import java.util.ArrayList;
  4. import java.util.Collection;
  5. import java.util.List;
  6. import java.util.concurrent.*;
  7. import java.util.function.Consumer;
  9. /**
  10.  * 跟着阿里p7学并发，微信公众号：javacode2018
  11.  */
  12. public class Demo15 {
  13.     public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
  14.         ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
  15.         List<Callable<Integer>> list = new ArrayList<>();
  16.         int taskCount = 5;
  17.         for (int i = taskCount; i > 0; i--) {
  18.             int j = i * 2;
  19.             list.add(() -> {
  20.                 TimeUnit.SECONDS.sleep(j);
  21.                 return j;
  22.             });
  23.         }
  24.         solve(executorService, list, a -> {
  25.             System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":" + a);
  26.         });
  27.         executorService.shutdown();
  28.     }
  31.     public static <T> void solve(Executor e, Collection<Callable<T>> solvers, Consumer<T> use) throws InterruptedException, ExecutionException {
  32.         CompletionService<T> ecs = new ExecutorCompletionService<T>(e);
  33.         for (Callable<T> s : solvers) {
  34.             ecs.submit(s);
  35.         }
  36.         int n = solvers.size();
  37.         for (int i = 0; i < n; ++i) {
  38.             T r = ecs.take().get();
  39.             if (r != null) {
  40.                 use.accept(r);
  41.             }
  42.         }
  43.     }
  44. }

输出：

  1. 1564667625648:2
  2. 1564667627652:4
  3. 1564667629649:6
  4. 1564667631652:8
  5. 1564667633651:10

代码中传入了一批任务进行处理，最终将所有处理完成的按任务完成的先后顺序传递给Consumer进行消费了。

示例：异步执行一批任务，有一个完成立即返回，其他取消

这个给大家讲解2种方式。

方式1

使用ExecutorCompletionService实现，ExecutorCompletionService提供了获取一批任务中最先完成的任务结果的能力。

代码如下：

  1. package com.itsoku.chat18;
  3. import java.util.ArrayList;
  4. import java.util.Collection;
  5. import java.util.List;
  6. import java.util.concurrent.*;
  7. import java.util.function.Consumer;
  9. /**
  10.  * 跟着阿里p7学并发，微信公众号：javacode2018
  11.  */
  12. public class Demo16 {
  13.     public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
  14.         long startime = System.currentTimeMillis();
  15.         ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
  16.         List<Callable<Integer>> list = new ArrayList<>();
  17.         int taskCount = 5;
  18.         for (int i = taskCount; i > 0; i--) {
  19.             int j = i * 2;
  20.             String taskName = "任务"+i;
  21.             list.add(() -> {
  22.                 TimeUnit.SECONDS.sleep(j);
  23.                 System.out.println(taskName+"执行完毕!");
  24.                 return j;
  25.             });
  26.         }
  27.         Integer integer = invokeAny(executorService, list);
  28.         System.out.println("耗时:" + (System.currentTimeMillis() - startime) + ",执行结果:" + integer);
  29.         executorService.shutdown();
  30.     }
  33.     public static <T> T invokeAny(Executor e, Collection<Callable<T>> solvers) throws InterruptedException, ExecutionException {
  34.         CompletionService<T> ecs = new ExecutorCompletionService<T>(e);
  35.         List<Future<T>> futureList = new ArrayList<>();
  36.         for (Callable<T> s : solvers) {
  37.             futureList.add(ecs.submit(s));
  38.         }
  39.         int n = solvers.size();
  40.         try {
  41.             for (int i = 0; i < n; ++i) {
  42.                 T r = ecs.take().get();
  43.                 if (r != null) {
  44.                     return r;
  45.                 }
  46.             }
  47.         } finally {
  48.             for (Future<T> future : futureList) {
  49.                 future.cancel(true);
  50.             }
  51.         }
  52.         return null;
  53.     }
  54. }

程序输出下面结果然后停止了：

  1. 任务1执行完毕!
  2. 耗时:2072,执行结果:2

代码中执行了5个任务，使用CompletionService执行任务，调用take方法获取最先执行完成的任务，然后返回。在finally中对所有任务发送取消操作（future.cancel(true);），从输出中可以看出只有任务1执行成功，其他任务被成功取消了，符合预期结果。

方式2

其实ExecutorService已经为我们提供了这样的方法，方法声明如下：

  1. <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
  2.         throws InterruptedException, ExecutionException;

示例代码：

  1. package com.itsoku.chat18;
  3. import java.util.ArrayList;
  4. import java.util.Collection;
  5. import java.util.List;
  6. import java.util.concurrent.*;
  8. /**
  9.  * 跟着阿里p7学并发，微信公众号：javacode2018
  10.  */
  11. public class Demo17 {
  12.     public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
  13.         long startime = System.currentTimeMillis();
  14.         ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
  16.         List<Callable<Integer>> list = new ArrayList<>();
  17.         int taskCount = 5;
  18.         for (int i = taskCount; i > 0; i--) {
  19.             int j = i * 2;
  20.             String taskName = "任务" + i;
  21.             list.add(() -> {
  22.                 TimeUnit.SECONDS.sleep(j);
  23.                 System.out.println(taskName + "执行完毕!");
  24.                 return j;
  25.             });
  26.         }
  27.         Integer integer = executorService.invokeAny(list);
  28.         System.out.println("耗时:" + (System.currentTimeMillis() - startime) + ",执行结果:" + integer);
  29.         executorService.shutdown();
  30.     }
  31. }

输出下面结果之后停止：

  1. 任务1执行完毕!
  2. 耗时:2061,执行结果:2

输出结果和方式1中结果类似。

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