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java高并發(fā)系列 - 第20天:JUC中的Executor框架詳解2

msup / 2799人閱讀

摘要:示例執(zhí)行一批任務(wù),然后消費(fèi)執(zhí)行結(jié)果代碼如下跟著阿里學(xué)并發(fā),微信公眾號(hào)輸出代碼中傳入了一批任務(wù)進(jìn)行處理,最終將所有處理完成的按任務(wù)完成的先后順序傳遞給進(jìn)行消費(fèi)了。

這是java高并發(fā)系列第20篇文章。

本文內(nèi)容

ExecutorCompletionService出現(xiàn)的背景

介紹CompletionService接口及常用的方法

介紹ExecutorCompletionService類及其原理

示例:執(zhí)行一批任務(wù),然后消費(fèi)執(zhí)行結(jié)果

示例【2種方式】:異步執(zhí)行一批任務(wù),有一個(gè)完成立即返回,其他取消

需要解決的問題

還是舉個(gè)例子說明更好理解一些。

買新房了,然后在網(wǎng)上下單買冰箱、洗衣機(jī),電器商家不同,所以送貨耗時(shí)不一樣,然后等他們送貨,快遞只愿送到樓下,然后我們自己將其搬到樓上的家中。

用程序來模擬上面的實(shí)現(xiàn)。示例代碼如下:

package com.itsoku.chat18;

import java.util.concurrent.*;

/**
 * 跟著阿里p7學(xué)并發(fā),微信公眾號(hào):javacode2018
 */
public class Demo12 {
    static class GoodsModel {
        //商品名稱
        String name;
        //購物開始時(shí)間
        long startime;
        //送到的時(shí)間
        long endtime;

        public GoodsModel(String name, long startime, long endtime) {
            this.name = name;
            this.startime = startime;
            this.endtime = endtime;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return name + ",下單時(shí)間[" + this.startime + "," + endtime + "],耗時(shí):" + (this.endtime - this.startime);
        }
    }

    /**
     * 將商品搬上樓
     *
     * @param goodsModel
     * @throws InterruptedException
     */
    static void moveUp(GoodsModel goodsModel) throws InterruptedException {
        //休眠5秒,模擬搬上樓耗時(shí)
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        System.out.println("將商品搬上樓,商品信息:" + goodsModel);
    }

    /**
     * 模擬下單
     *
     * @param name     商品名稱
     * @param costTime 耗時(shí)
     * @return
     */
    static Callable buyGoods(String name, long costTime) {
        return () -> {
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(startTime + "購買" + name + "下單!");
            //模擬送貨耗時(shí)
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(costTime);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            long endTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(startTime + name + "送到了!");
            return new GoodsModel(name, startTime, endTime);
        };
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        long st = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(st + "開始購物!");

        //創(chuàng)建一個(gè)線程池,用來異步下單
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //異步下單購買冰箱
        Future bxFuture = executor.submit(buyGoods("冰箱", 5));
        //異步下單購買洗衣機(jī)
        Future xyjFuture = executor.submit(buyGoods("洗衣機(jī)", 2));
        //關(guān)閉線程池
        executor.shutdown();

        //等待冰箱送到
        GoodsModel bxGoodModel = bxFuture.get();
        //將冰箱搬上樓
        moveUp(bxGoodModel);
        //等待洗衣機(jī)送到
        GoodsModel xyjGooldModel = xyjFuture.get();
        //將洗衣機(jī)搬上樓
        moveUp(xyjGooldModel);
        long et = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(et + "貨物已送到家里咯,哈哈哈!");
        System.out.println("總耗時(shí):" + (et - st));
    }
}

輸出:

1564653121515開始購物!
1564653121588購買冰箱下單!
1564653121588購買洗衣機(jī)下單!
1564653121588洗衣機(jī)送到了!
1564653121588冰箱送到了!
將商品搬上樓,商品信息:冰箱,下單時(shí)間[1564653121588,1564653126590],耗時(shí):5002
將商品搬上樓,商品信息:洗衣機(jī),下單時(shí)間[1564653121588,1564653123590],耗時(shí):2002
1564653136591貨物已送到家里咯,哈哈哈!
總耗時(shí):15076

從輸出中我們可以看出幾個(gè)時(shí)間:

購買冰箱耗時(shí)5秒

購買洗衣機(jī)耗時(shí)2秒

將冰箱送上樓耗時(shí)5秒

將洗衣機(jī)送上樓耗時(shí)5秒

共計(jì)耗時(shí)15秒

購買洗衣機(jī)、冰箱都是異步執(zhí)行的,我們先把冰箱送上樓了,然后再把冰箱送上樓了。上面大家應(yīng)該發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題,洗衣機(jī)先到的,洗衣機(jī)到了,我們并沒有去把洗衣機(jī)送上樓,而是在等待冰箱到貨(bxFuture.get();),然后將冰箱送上樓,中間導(dǎo)致浪費(fèi)了3秒,現(xiàn)實(shí)中應(yīng)該是這樣的,先到的先送上樓,修改一下代碼,洗衣機(jī)先到的,先送洗衣機(jī)上樓,代碼如下:

package com.itsoku.chat18;

import java.util.concurrent.*;

/**
 * 跟著阿里p7學(xué)并發(fā),微信公眾號(hào):javacode2018
 */
public class Demo13 {
    static class GoodsModel {
        //商品名稱
        String name;
        //購物開始時(shí)間
        long startime;
        //送到的時(shí)間
        long endtime;

        public GoodsModel(String name, long startime, long endtime) {
            this.name = name;
            this.startime = startime;
            this.endtime = endtime;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return name + ",下單時(shí)間[" + this.startime + "," + endtime + "],耗時(shí):" + (this.endtime - this.startime);
        }
    }

    /**
     * 將商品搬上樓
     *
     * @param goodsModel
     * @throws InterruptedException
     */
    static void moveUp(GoodsModel goodsModel) throws InterruptedException {
        //休眠5秒,模擬搬上樓耗時(shí)
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        System.out.println("將商品搬上樓,商品信息:" + goodsModel);
    }

    /**
     * 模擬下單
     *
     * @param name     商品名稱
     * @param costTime 耗時(shí)
     * @return
     */
    static Callable buyGoods(String name, long costTime) {
        return () -> {
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(startTime + "購買" + name + "下單!");
            //模擬送貨耗時(shí)
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(costTime);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            long endTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(endTime + name + "送到了!");
            return new GoodsModel(name, startTime, endTime);
        };
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        long st = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(st + "開始購物!");

        //創(chuàng)建一個(gè)線程池,用來異步下單
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
        //異步下單購買冰箱
        Future bxFuture = executor.submit(buyGoods("冰箱", 5));
        //異步下單購買洗衣機(jī)
        Future xyjFuture = executor.submit(buyGoods("洗衣機(jī)", 2));
        //關(guān)閉線程池
        executor.shutdown();

        //等待洗衣機(jī)送到
        GoodsModel xyjGooldModel = xyjFuture.get();
        //將洗衣機(jī)搬上樓
        moveUp(xyjGooldModel);
        //等待冰箱送到
        GoodsModel bxGoodModel = bxFuture.get();
        //將冰箱搬上樓
        moveUp(bxGoodModel);
        long et = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(et + "貨物已送到家里咯,哈哈哈!");
        System.out.println("總耗時(shí):" + (et - st));
    }
}

輸出:

1564653153393開始購物!
1564653153466購買洗衣機(jī)下單!
1564653153466購買冰箱下單!
1564653155467洗衣機(jī)送到了!
1564653158467冰箱送到了!
將商品搬上樓,商品信息:洗衣機(jī),下單時(shí)間[1564653153466,1564653155467],耗時(shí):2001
將商品搬上樓,商品信息:冰箱,下單時(shí)間[1564653153466,1564653158467],耗時(shí):5001
1564653165469貨物已送到家里咯,哈哈哈!
總耗時(shí):12076

耗時(shí)12秒,比第一種少了3秒。

問題來了,上面是我們通過調(diào)整代碼達(dá)到了最優(yōu)效果,實(shí)際上,購買冰箱和洗衣機(jī)具體哪個(gè)耗時(shí)時(shí)間長我們是不知道的,怎么辦呢,有沒有什么解決辦法?

CompletionService接口

CompletionService相當(dāng)于一個(gè)執(zhí)行任務(wù)的服務(wù),通過submit丟任務(wù)給這個(gè)服務(wù),服務(wù)內(nèi)部去執(zhí)行任務(wù),可以通過服務(wù)提供的一些方法獲取服務(wù)中已經(jīng)完成的任務(wù)。

接口內(nèi)的幾個(gè)方法:

Future submit(Callable task);
用于向服務(wù)中提交有返回結(jié)果的任務(wù),并返回Future對象
Future submit(Runnable task, V result);
用戶向服務(wù)中提交有返回值的任務(wù)去執(zhí)行,并返回Future對象
Future take() throws InterruptedException;
從服務(wù)中返回并移除一個(gè)已經(jīng)完成的任務(wù),如果獲取不到,會(huì)一致阻塞到有返回值為止。此方法會(huì)響應(yīng)線程中斷。
Future poll();
從服務(wù)中返回并移除一個(gè)已經(jīng)完成的任務(wù),如果內(nèi)部沒有已經(jīng)完成的任務(wù),則返回空,此方法會(huì)立即響應(yīng)。
Future poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
嘗試在指定的時(shí)間內(nèi)從服務(wù)中返回并移除一個(gè)已經(jīng)完成的任務(wù),等待的時(shí)間超時(shí)還是沒有獲取到已完成的任務(wù),則返回空。此方法會(huì)響應(yīng)線程中斷

通過submit向內(nèi)部提交任意多個(gè)任務(wù),通過take方法可以獲取已經(jīng)執(zhí)行完成的任務(wù),如果獲取不到將等待。

ExecutorCompletionService類

ExecutorCompletionService類是CompletionService接口的具體實(shí)現(xiàn)。

說一下其內(nèi)部原理,ExecutorCompletionService創(chuàng)建的時(shí)候會(huì)傳入一個(gè)線程池,調(diào)用submit方法傳入需要執(zhí)行的任務(wù),任務(wù)由內(nèi)部的線程池來處理;ExecutorCompletionService內(nèi)部有個(gè)阻塞隊(duì)列,任意一個(gè)任務(wù)完成之后,會(huì)將任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果(Future類型)放入阻塞隊(duì)列中,然后其他線程可以調(diào)用它take、poll方法從這個(gè)阻塞隊(duì)列中獲取一個(gè)已經(jīng)完成的任務(wù),獲取任務(wù)返回結(jié)果的順序和任務(wù)執(zhí)行完成的先后順序一致,所以最先完成的任務(wù)會(huì)先返回。

關(guān)于阻塞隊(duì)列的知識(shí)后面會(huì)專門抽幾篇來講,大家可以關(guān)注一下后面的文章。

看一下構(gòu)造方法:

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>();
    }

構(gòu)造方法需要傳入一個(gè)Executor對象,這個(gè)對象表示任務(wù)執(zhí)行器,所有傳入的任務(wù)會(huì)被這個(gè)執(zhí)行器執(zhí)行。

completionQueue是用來存儲(chǔ)任務(wù)結(jié)果的阻塞隊(duì)列,默認(rèn)用采用的是LinkedBlockingQueue,也支持開發(fā)自己設(shè)置。通過submit傳入需要執(zhí)行的任務(wù),任務(wù)執(zhí)行完成之后,會(huì)放入completionQueue中,有興趣的可以看一下原碼,還是很好理解的。

使用ExecutorCompletionService解決文章開頭的問題

代碼如下:

package com.itsoku.chat18;

import java.util.concurrent.*;

/**
 * 跟著阿里p7學(xué)并發(fā),微信公眾號(hào):javacode2018
 */
public class Demo14 {
    static class GoodsModel {
        //商品名稱
        String name;
        //購物開始時(shí)間
        long startime;
        //送到的時(shí)間
        long endtime;

        public GoodsModel(String name, long startime, long endtime) {
            this.name = name;
            this.startime = startime;
            this.endtime = endtime;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return name + ",下單時(shí)間[" + this.startime + "," + endtime + "],耗時(shí):" + (this.endtime - this.startime);
        }
    }

    /**
     * 將商品搬上樓
     *
     * @param goodsModel
     * @throws InterruptedException
     */
    static void moveUp(GoodsModel goodsModel) throws InterruptedException {
        //休眠5秒,模擬搬上樓耗時(shí)
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        System.out.println("將商品搬上樓,商品信息:" + goodsModel);
    }

    /**
     * 模擬下單
     *
     * @param name     商品名稱
     * @param costTime 耗時(shí)
     * @return
     */
    static Callable buyGoods(String name, long costTime) {
        return () -> {
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(startTime + "購買" + name + "下單!");
            //模擬送貨耗時(shí)
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(costTime);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            long endTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(endTime + name + "送到了!");
            return new GoodsModel(name, startTime, endTime);
        };
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        long st = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(st + "開始購物!");
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);

        //創(chuàng)建ExecutorCompletionService對象
        ExecutorCompletionService executorCompletionService = new ExecutorCompletionService<>(executor);
        //異步下單購買冰箱
        executorCompletionService.submit(buyGoods("冰箱", 5));
        //異步下單購買洗衣機(jī)
        executorCompletionService.submit(buyGoods("洗衣機(jī)", 2));
        executor.shutdown();

        //購買商品的數(shù)量
        int goodsCount = 2;
        for (int i = 0; i < goodsCount; i++) {
            //可以獲取到最先到的商品
            GoodsModel goodsModel = executorCompletionService.take().get();
            //將最先到的商品送上樓
            moveUp(goodsModel);
        }

        long et = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(et + "貨物已送到家里咯,哈哈哈!");
        System.out.println("總耗時(shí):" + (et - st));
    }
}

輸出:

1564653208284開始購物!
1564653208349購買冰箱下單!
1564653208349購買洗衣機(jī)下單!
1564653210349洗衣機(jī)送到了!
1564653213350冰箱送到了!
將商品搬上樓,商品信息:洗衣機(jī),下單時(shí)間[1564653208349,1564653210349],耗時(shí):2000
將商品搬上樓,商品信息:冰箱,下單時(shí)間[1564653208349,1564653213350],耗時(shí):5001
1564653220350貨物已送到家里咯,哈哈哈!
總耗時(shí):12066

從輸出中可以看出和我們希望的結(jié)果一致,代碼中下單順序是:冰箱、洗衣機(jī),冰箱送貨耗時(shí)5秒,洗衣機(jī)送貨耗時(shí)2秒,洗衣機(jī)先到的,然后被送上樓了,冰箱后到被送上樓,總共耗時(shí)12秒,和期望的方案一樣。

示例:執(zhí)行一批任務(wù),然后消費(fèi)執(zhí)行結(jié)果

代碼如下:

package com.itsoku.chat18;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.function.Consumer;

/**
 * 跟著阿里p7學(xué)并發(fā),微信公眾號(hào):javacode2018
 */
public class Demo15 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        List> list = new ArrayList<>();
        int taskCount = 5;
        for (int i = taskCount; i > 0; i--) {
            int j = i * 2;
            list.add(() -> {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(j);
                return j;
            });
        }
        solve(executorService, list, a -> {
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":" + a);
        });
        executorService.shutdown();
    }


    public static  void solve(Executor e, Collection> solvers, Consumer use) throws InterruptedException, ExecutionException {
        CompletionService ecs = new ExecutorCompletionService(e);
        for (Callable s : solvers) {
            ecs.submit(s);
        }
        int n = solvers.size();
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            T r = ecs.take().get();
            if (r != null) {
                use.accept(r);
            }
        }
    }
}

輸出:

1564667625648:2
1564667627652:4
1564667629649:6
1564667631652:8
1564667633651:10

代碼中傳入了一批任務(wù)進(jìn)行處理,最終將所有處理完成的按任務(wù)完成的先后順序傳遞給Consumer進(jìn)行消費(fèi)了。

示例:異步執(zhí)行一批任務(wù),有一個(gè)完成立即返回,其他取消

這個(gè)給大家講解2種方式。

方式1

使用ExecutorCompletionService實(shí)現(xiàn),ExecutorCompletionService提供了獲取一批任務(wù)中最先完成的任務(wù)結(jié)果的能力。

代碼如下:

package com.itsoku.chat18;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.function.Consumer;

/**
 * 跟著阿里p7學(xué)并發(fā),微信公眾號(hào):javacode2018
 */
public class Demo16 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        long startime = System.currentTimeMillis();
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        List> list = new ArrayList<>();
        int taskCount = 5;
        for (int i = taskCount; i > 0; i--) {
            int j = i * 2;
            String taskName = "任務(wù)"+i;
            list.add(() -> {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(j);
                System.out.println(taskName+"執(zhí)行完畢!");
                return j;
            });
        }
        Integer integer = invokeAny(executorService, list);
        System.out.println("耗時(shí):" + (System.currentTimeMillis() - startime) + ",執(zhí)行結(jié)果:" + integer);
        executorService.shutdown();
    }


    public static  T invokeAny(Executor e, Collection> solvers) throws InterruptedException, ExecutionException {
        CompletionService ecs = new ExecutorCompletionService(e);
        List> futureList = new ArrayList<>();
        for (Callable s : solvers) {
            futureList.add(ecs.submit(s));
        }
        int n = solvers.size();
        try {
            for (int i = 0; i < n; ++i) {
                T r = ecs.take().get();
                if (r != null) {
                    return r;
                }
            }
        } finally {
            for (Future future : futureList) {
                future.cancel(true);
            }
        }
        return null;
    }
}

程序輸出下面結(jié)果然后停止了:

任務(wù)1執(zhí)行完畢!
耗時(shí):2072,執(zhí)行結(jié)果:2

代碼中執(zhí)行了5個(gè)任務(wù),使用CompletionService執(zhí)行任務(wù),調(diào)用take方法獲取最先執(zhí)行完成的任務(wù),然后返回。在finally中對所有任務(wù)發(fā)送取消操作(future.cancel(true);),從輸出中可以看出只有任務(wù)1執(zhí)行成功,其他任務(wù)被成功取消了,符合預(yù)期結(jié)果。

方式2

其實(shí)ExecutorService已經(jīng)為我們提供了這樣的方法,方法聲明如下:

 T invokeAny(Collection> tasks)
        throws InterruptedException, ExecutionException;

示例代碼:

package com.itsoku.chat18;

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

/**
 * 跟著阿里p7學(xué)并發(fā),微信公眾號(hào):javacode2018
 */
public class Demo17 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        long startime = System.currentTimeMillis();
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

        List> list = new ArrayList<>();
        int taskCount = 5;
        for (int i = taskCount; i > 0; i--) {
            int j = i * 2;
            String taskName = "任務(wù)" + i;
            list.add(() -> {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(j);
                System.out.println(taskName + "執(zhí)行完畢!");
                return j;
            });
        }
        Integer integer = executorService.invokeAny(list);
        System.out.println("耗時(shí):" + (System.currentTimeMillis() - startime) + ",執(zhí)行結(jié)果:" + integer);
        executorService.shutdown();
    }
}

輸出下面結(jié)果之后停止:

任務(wù)1執(zhí)行完畢!
耗時(shí):2061,執(zhí)行結(jié)果:2

輸出結(jié)果和方式1中結(jié)果類似。

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