CompletionService之二：深入解析

要点解说

假设现在有一大批需要进行计算的任务，为了提高整批任务的执行效率，你可能会使用线程池，向线程池中不断submit异步计算任务，同时你需要保留与每个任务关联的Future，最后遍历这些Future，通过调用Future接口实现类的get方法获取整批计算任务的各个结果。

虽然使用了线程池提高了整体的执行效率，但遍历这些Future，调用Future接口实现类的get方法是阻塞的，也就是和当前这个Future关联的计算任务真正执行完成的时候，get方法才返回结果，如果当前计算任务没有执行完成，而有其它Future关联的计算任务已经执行完成了，就会白白浪费很多等待的时间，所以最好是遍历的时候谁先执行完成就先获取哪个结果，这样就节省了很多持续等待的时间。

而ExecutorCompletionService可以实现这样的效果，它的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。

方法解析

ExecutorCompletionService实现了CompletionService接口，在CompletionService接口中定义了如下这些方法：

• Future<V> submit(Callable<V> task):提交一个Callable类型任务，并返回该任务执行结果关联的Future。一旦完成，便可以由take()、poll()方法获取

• Future<V> submit(Runnable task,V result):提交一个Runnable类型任务，并返回该任务执行结果关联的Future；

• Future<V> take():从内部阻塞队列中获取并移除第一个执行完成的任务，如果目前不存在这样的任务，则等待/阻塞。

• Future<V> poll():从内部阻塞队列中获取并移除第一个执行完成的任务，获取不到则返回null，不阻塞；

• Future<V> poll(long timeout, TimeUnit unit):从内部阻塞队列中获取并移除第一个执行完成的任务，阻塞时间为timeout，获取不到则返回null；

源码解析

根据上面的实例演示代码分析ExecutorCompletionService内部的实现原理。

ExecutorCompletionService有三个私有属性，分别是executor、aes和completionQueue，其中completionQueue就是存储已完成任务的队列，具体代码如下图：

进入它的构造方法，在方法内部给它的三个属性赋值，可以看到在这里初始化了一个LinkedBlockingQueue类型的先进先出阻塞队列，具体代码如下图：

接着，进入ExecutorCompletionService的submit方法，这里我们分析参数类型是Callable的submit方法，具体代码如下图：

    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;
    }

submit时，将callbale任务包装成了一个QueueingFuture，我们看到QueueingFuture是一个ExecutorCompletionService的内部类，下面讲解

跟踪代码进入newTaskFor方法，具体代码如下图：

在ExecutorCompletionService构造方法中已经给aes赋过值了，所以进入AbstractExecutorService的newTaskFor方法，具体代码如下图：

跟踪代码进入FutureTask构造方法，具体代码如下图:

到这里构建的RunnableFuture实例对象完成了，回到上述的submit方法中，继续分析executor.execute(new QueueingFuture(f))，首先是new QueueingFuture(f)，QueueingFuture是ExecutorCompletionService中的内部类，具体代码如下图:

    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;
    }

从图中的代码可以看到，将RunnableFuture实例对象赋值给了QueueingFuture的task属性，注意上图红框中有一个done方法，它的内部是将一个task添加到外部类的一个queue（已完成阻塞队列）中，done方法应该就是指这个任务done了（执行完成了）的回调，这个先记住后面会用到。

再来看一下这个queue（completionQueue）队列：

public class ExecutorCompletionService<V> implements CompletionService<V> {
    private final Executor executor;
    private final AbstractExecutorService aes;
    private final BlockingQueue<Future<V>> completionQueue;
    ......
}

我们可以看到这个queue是一个blocking queue， 阻塞队列的特性是：

• 当我们要从queue中获取一个元素时，如果队列为空，则阻塞；
• 当我们要向queue中添加元素时，如果队列满了，则阻塞。

看到这里我们就明白了ExecutorCompletionService的原理了，当任务执行完成后，就将任务的结果封装成一个Future加到一个阻塞队列中。
当主线程调用其take方法是，如果队列为空，则阻塞，否则获取已完成的future并通过get方法获取返回值。

接着，分析executor.execute(new QueueingFuture(f))，因为我们的实例演示代码中使用到的是ThreadPoolExecutor，所以executor.execute()方法执行到ThreadPoolExecutor中，具体重点代码如下:

 

 这里我们不分析极端的情况，当工作线程数小于核心线程数的时候，执行addWorker方法，这个方法体的内容比较多，这里只关注重点代码，具体代码如下图:

第一个红框中的代码会构建一个Worker实例，具体代码如下图:

根据上图中的红框代码，继续跟踪代码，会发现t.start()方法会执行到上图的run方法中，而run方法的内部执行了runWorker方法，具体代码如下图。

上图中代码继续跟踪可以发现，执行task.run()会进入前面构建的RunnableFuture实例对象的run方法中，具体代码如下图。

第一个红框中的代码就是实际任务执行的代码，也就是submit提交的任务真正执行的地方。第二个红框中的代码是当发生异常时的处理，第三个红框中的代码是正常执行完成的处理，下面是它们的具体实现代码。

从上面两张图中的代码发现，都执行了finishCompletion()方法，下面来揭晓这个方法的作用，具体代码如下图。

从上图红框中的代码可以看到，这里执行了done()方法，实际执行的是我们前面分析提到的将一个task添加到已完成阻塞队列中的那个done方法。至此，当一个任务执行完成或异常的时候，都会被添加到已完成阻塞队列中，进而被取出处理。

下面再分析一下ExecutorCompletionService中的take方法和poll方法，具体代码如下图。

从上图可以看到，都是操作已完成阻塞队列，那我们就看一下这个已完成阻塞列队中的代码，如下图。

上图清晰的展示了通过循环等待已完成的执行任务。

上图代码不阻塞，当没有已完成的执行任务时，直接返回null。

上图代码阻塞指定时间，当没有已完成的执行任务时，直接返回null。

参考：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI0NjUxNTY5Nw==&mid=2247484563&idx=1&sn=d3b69e4acc957afb0b64af7e3b257e0e&scene=21#wechat_redirect