“既生 ExecutorService, 何生 CompletionService？”
前言
在 我会手动创建线程，为什么要使用线程池? 中详细的介绍了 ExecutorService，可以将整块任务拆分做简单的并行处理；
在 不会用Java Future，我怀疑你泡茶没我快 中又详细的介绍了 Future 的使用，填补了 Runnable 不能获取线程执行结果的空缺
将二者结合起来使用看似要一招吃天下了（Java有并发，并发之大，一口吃不下）, but ～～ 是我太天真
ExecutorService VS CompletionService
假设我们有 4 个任务(A, B, C, D)用来执行复杂的计算，每个任务的执行时间随着输入参数的不同而不同，如果将任务提交到 ExecutorService， 相信你已经可以“信手拈来”
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
List<Future> futures = new ArrayList<Future<Integer>>();
futures.add(executorService.submit(A));
futures.add(executorService.submit(B));
futures.add(executorService.submit(C));
futures.add(executorService.submit(D));
// 遍历 Future list，通过 get() 方法获取每个 future 结果
for (Future future:futures) {
Integer result = future.get();
// 其他业务逻辑
}
先直入主题，用 CompletionService 实现同样的场景
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
// ExecutorCompletionService 是 CompletionService 唯一实现类
CompletionService executorCompletionService= new ExecutorCompletionService<>(executorService );
List<Future> futures = new ArrayList<Future<Integer>>();
futures.add(executorCompletionService.submit(A));
futures.add(executorCompletionService.submit(B));
futures.add(executorCompletionService.submit(C));
futures.add(executorCompletionService.submit(D));
// 遍历 Future list，通过 get() 方法获取每个 future 结果
for (int i=0; i<futures.size(); i++) {
Integer result = executorCompletionService.take().get();
// 其他业务逻辑
}
两种方式在代码实现上几乎一毛一样，我们曾经说过 JDK 中不会重复造轮子，如果要造一个新轮子，必定是原有的轮子在某些场景的使用上有致命缺陷
既然新轮子出来了，二者到底有啥不同呢？ 在 搞定 CompletableFuture，并发异步编程和编写串行程序还有什么区别？ 文中，我们提到了 Future get() 方法的致命缺陷:
如果 Future 结果没有完成，调用 get() 方法，程序会阻塞在那里，直至获取返回结果
先来看第一种实现方式，假设任务 A 由于参数原因，执行时间相对任务 B,C,D 都要长很多，但是按照程序的执行顺序，程序在 get() 任务 A 的执行结果会阻塞在那里，导致任务 B,C,D 的后续任务没办法执行。又因为每个任务执行时间是不固定的，所以无论怎样调整将任务放到 List 的顺序，都不合适，这就是致命弊端
新轮子自然要解决这个问题，它的设计理念就是哪个任务先执行完成，get() 方法就会获取到相应的任务结果，这么做的好处是什么呢？来看个图你就瞬间理解了
两张图一对比，执行时长高下立判了，在当今高并发的时代，这点时间差，在吞吐量上起到的效果可能不是一点半点了
那 CompletionService 是怎么做到获取最先执行完的任务结果的呢？
远看CompletionService 轮廓
如果你使用过消息队列，你应该秒懂我要说什么了，CompletionService 实现原理很简单
就是一个将异步任务的生产和任务完成结果的消费解耦的服务
用人话解释一下上面的抽象概念我只能再画一张图了
说白了，哪个任务执行的完，就直接将执行结果放到队列中，这样消费者拿到的结果自然就是最早拿到的那个了
从上图中看到，有任务，有结果队列，那 CompletionService 自然也要围绕着几个关键字做文章了
- 既然是异步任务，那自然可能用到 Runnable 或 Callable
- 既然能获取到结果，自然也会用到 Future 了
带着这些线索，我们走进 CompletionService 源码看一看
近看 CompletionService 源码
CompletionService 是一个接口，它简单的只有 5 个方法：
Future<V> submit(Callable<V> task);
Future<V> submit(Runnable task, V result);
Future<V> take() throws InterruptedException;
Future<V> poll();
Future<V> poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
关于 2 个 submit 方法， 我在 不会用Java Future，我怀疑你泡茶没我快 文章中做了非常详细的分析以及案例使用说明，这里不再过多赘述
另外 3 个方法都是从阻塞队列中获取并移除阻塞队列第一个元素，只不过他们的功能略有不同
- Take: 如果队列为空，那么调用 take() 方法的线程会被阻塞
- Poll: 如果队列为空，那么调用 poll() 方法的线程会返回 null
- Poll-timeout: 以超时的方式获取并移除阻塞队列中的第一个元素，如果超时时间到，队列还是空，那么该方法会返回 null
所以说，按大类划分上面5个方法，其实就是两个功能
- 提交异步任务 （submit）
- 从队列中拿取并移除第一个元素 (take/poll)
CompletionService 只是接口，ExecutorCompletionService 是该接口的唯一实现类
ExecutorCompletionService 源码分析
先来看一下类结构, 实现类里面并没有多少内容
ExecutorCompletionService 有两种构造函数：
private final Executor executor;
private final AbstractExecutorService aes;
private final BlockingQueue<Future<V>> completionQueue;
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<Future<V>>();
}
public ExecutorCompletionService(Executor executor,
BlockingQueue<Future<V>> completionQueue) {
if (executor == null || completionQueue == null)
throw new NullPointerException();
this.executor = executor;
this.aes = (executor instanceof AbstractExecutorService) ?
(AbstractExecutorService) executor : null;
this.completionQueue = completionQueue;
}
两个构造函数都需要传入一个 Executor 线程池，因为是处理异步任务的，我们是不被允许手动创建线程的，所以这里要使用线程池也就很好理解了
另外一个参数是 BlockingQueue，如果不传该参数，就会默认队列为 LinkedBlockingQueue，任务执行结果就是加入到这个阻塞队列中的
所以要彻底理解 ExecutorCompletionService ，我们只需要知道一个问题的答案就可以了：
它是如何将异步任务结果放到这个阻塞队列中的？
想知道这个问题的答案，那只需要看它提交任务之后都做了些什么？
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;
}
我们前面也分析过，execute 是提交 Runnable 类型的任务，本身得不到返回值，但又可以将执行结果放到阻塞队列里面，所以肯定是在 QueueingFuture 里面做了文章
从上图中看一看出，QueueingFuture 实现的接口非常多，所以说也就具备了相应的接口能力。
重中之重是，它继承了 FutureTask ，FutureTask 重写了 Runnable 的 run() 方法 (方法细节分析可以查看FutureTask源码分析 ) 文中详细说明了，无论是set() 正常结果，还是setException() 结果，都会调用 finishCompletion() 方法:
private void finishCompletion() {
// assert state > COMPLETING;
for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
for (;;) {
Thread t = q.thread;
if (t != null) {
q.thread = null;
LockSupport.unpark(t);
}
WaitNode next = q.next;
if (next == null)
break;
q.next = null; // unlink to help gc
q = next;
}
break;
}
}
// 重点 重点 重点
done();
callable = null; // to reduce footprint
}
上述方法会执行 done() 方法，而 QueueingFuture 恰巧重写了 FutureTask 的 done() 方法：
方法实现很简单，就是将 task 放到阻塞队列中
protected void done() {
completionQueue.add(task);
}
执行到此的 task 已经是前序步骤 set 过结果的 task，所以就可以通过消费阻塞队列获取相应的结果了
相信到这里，CompletionService 在你面前应该没什么秘密可言了
CompletionService 的主要用途
在 JDK docs 上明确给了两个例子来说明 CompletionService 的用途：
假设你有一组针对某个问题的solvers，每个都返回一个类型为Result的值，并且想要并发地运行它们，处理每个返回一个非空值的结果，在某些方法使用(Result r)
其实就是文中开头的使用方式
void solve(Executor e,
Collection<Callable<Result>> solvers)
throws InterruptedException, ExecutionException {
CompletionService<Result> ecs
= new ExecutorCompletionService<Result>(e);
for (Callable<Result> s : solvers)
ecs.submit(s);
int n = solvers.size();
for (int i = 0; i < n; ++i) {
Result r = ecs.take().get();
if (r != null)
use(r);
}
}
假设你想使用任务集的第一个非空结果，忽略任何遇到异常的任务，并在第一个任务准备好时取消所有其他任务
void solve(Executor e,
Collection<Callable<Result>> solvers)
throws InterruptedException {
CompletionService<Result> ecs
= new ExecutorCompletionService<Result>(e);
int n = solvers.size();
List<Future<Result>> futures
= new ArrayList<Future<Result>>(n);
Result result = null;
try {
for (Callable<Result> s : solvers)
futures.add(ecs.submit(s));
for (int i = 0; i < n; ++i) {
try {
Result r = ecs.take().get();
if (r != null) {
result = r;
break;
}
} catch (ExecutionException ignore) {}
}
}
finally {
for (Future<Result> f : futures)
// 注意这里的参数给的是 true，详解同样在前序 Future 源码分析文章中
f.cancel(true);
}
if (result != null)
use(result);
}
这两种方式都是非常经典的 CompletionService 使用 范式 ，请大家仔细品味每一行代码的用意
范式没有说明 Executor 的使用，使用 ExecutorCompletionService，需要自己创建线程池，看上去虽然有些麻烦，但好处是你可以让多个 ExecutorCompletionService 的线程池隔离，这种隔离性能避免几个特别耗时的任务拖垮整个应用的风险 （这也是我们反复说过多次的，不要所有业务共用一个线程池）
总结
CompletionService 的应用场景还是非常多的，比如
- Dubbo 中的 Forking Cluster
- 多仓库文件/镜像下载（从最近的服务中心下载后终止其他下载过程）
- 多服务调用（天气预报服务，最先获取到的结果）
CompletionService 不但能满足获取最快结果，还能起到一定 "load balancer" 作用，获取可用服务的结果，使用也非常简单， 只需要遵循范式即可
并发系列 讲了这么多，分析源码的过程也碰到各种队列，接下来我们就看看那些让人眼花缭乱的队列
灵魂追问
- 通常处理结果还会用异步方式进行处理，如果采用这种方式，有哪些注意事项？
- 如果是你，你会选择使用无界队列吗？为什么？
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