阅读 61

获取任务的执行结果

之前的两篇文章中,我们介绍了异步编程,也介绍了线程池的基本概念。也说了,线程池的实现天生也实现了异步任务,允许直接向线程池中进行任务的提交与结果获取。

但是,我们始终没有去深入的了解下,异步任务框架对于任务执行的进度是如何监控的,任务执行的结果该如何获取。

那么,本篇文章就来详细地探讨下异步框架中,关于任务执行过程中的一些状态以及执行结果反馈的相关细节。

传统的 Future 模式

我们说过,异步编程的一个好处是:

我只需要定义好任务,向 ExecutorService 中提交即可,而不用关心什么时候,什么线程在执行我们的任务。它会返回一个 Future 对象,我们通过他了解当前任务的执行细节。

Future 接口中定义了以下一些方法:

public interface Future<V> {
    //取消执行当前任务
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    //当前任务是否被取消了
    boolean isCancelled();
    //当前任务是否已经完成
    boolean isDone();
    //返回任务执行的返回结果,如果任务未完成
    //将阻塞在 Future 内部队列上等待
    V get()
    //新增超时限制
    V get(long timeout, TimeUnit unit)
}
复制代码

这五个方法,每一个都很重要,为我们监控任务的执行提供有力的支持。而我们的 ThreadPoolExecutor 使用的是 FutureTask 作为 Future 的实现类。

而我们也不妨看看这个 FutureTask 内部都有些哪些成员:

任务执行状态

state 和它可取的这些值共同描述了当前任务的执行状态,是刚开始执行,还是正在执行中,还是正常结束,还是异常结束,还是被取消了,都由这个 state 来体现。

image

callable 代表当前正在执行的工作内容,这里说一下为什么只有 Callable 类型的任务,因为所有的 Runnable 类型任务都会被事先转换成 Callable 类型,我觉得主要是统一和抽象实现吧。

outcome 是任务执行结束的返回值,runner 是正在执行当前任务的线程,waiters 是一个简单的单链表,维护的是所有在任务执行结束之前尝试调用 get 方法获取执行结果的线程集合。当任务执行结束自当唤醒队列中所有的线程。

除此之外,还有一个稍显重要的方法,就是 run 方法,这个方法会在任务开始时由 ExecutorService 调用,这是一个很核心的方法,虽然方法体有点长,但是逻辑简单,我们大体上概括下。

image

  1. 如果任务已经开始将退出方法逻辑的执行
  2. 调度任务执行,调用 call 方法
  3. 调用成功将保存结果,异常则将保存异常信息
  4. 处理中断

这里需要额外去说一下,第三步中的 set 方法除了会将任务执行的返回结果设置到 FutureTask 的 outcome 字段上,还会调用 finishCompletion 方法完成任务的调用,尝试唤醒所有在等待任务执行结果的线程。

其他的方法就不去看了,也比较多,还算是简单的,如果有所想法,也欢迎你和我探讨交流。

那么,我们也来看一个最简单的应用示例:

image

我们向线程池提交了一个任务,这个任务的工作量不大,就是睡觉然后返回执行结果。而我们可以直接调用 get 方法去获取任务执行的结果,不过 get 方法是阻塞式的,一旦任务还未执行结束,当前线程将丢失 CPU 进而被阻塞到 Future 的内部队列上。

所以,推荐大家在 get 返回结果之前,先判断下目标任务是否已经执行结束,进而避免当前线程的阻塞唤醒所带来的代价。

到这里,相信你也一定看出来了,FutureTask 实现的 Future 的弊端在 get 方法,这个方法非异步,如果没有成功获取到任务的执行结果就将直接阻塞当前线程,以等待任务的执行完成。

但是,有一种情境,当我们向线程池中提交了很多任务,但是不清楚各个任务的执行效率,也就是不知道谁先执行结束,如果直接 get 某个未完成的任务,将导致当前线程阻塞等待。

那么我们能不能阻塞,直接获取已经执行结束的任务 Future,而未完成的任务不允许获取它的 Future?

使用 CompletionService

分析 CompletionService 之前,我们搬出之前分析过的一张类图:

image

左半边的类我们已经在前面的文章中都涉猎了,唯独落下了 CompletionService 这个接口,我们当时说以后会分析它的,现在我们来看看这个接口会给我们带来哪些能力。

首先,从类的继承体系上来看,CompletionService 并不与我们的 Executor 产生任何直接关系,线程池的实现也没有继承该接口。

实际上来说,CompletionService 只是利用了 Executor 乃至线程池为自己提供任务的提交与执行能力,而自己不过额外的维护一个队列,保存着所有已经完成的任务的 Future,以至于我们可以直接在外部调用 take 方法直接获取已完成的任务返回结果,无需阻塞。

废话不多说,我们写个小 demo,或许你会有更直接的体验:

==要求:使用多线程计算 1-10000 之间的总和==

==思路:分段计算,最后总和相加==

实现:

image

image

相信你运行后一定和我是同样的答案:50005000

可能很多人会有疑问,这段代码其实也没什么特别的地方啊,我使用基本的线程池不一样也能实现吗?

但是,实际上并没有那么简单,因为你不能确定哪个任务完成了,哪个还没有,所以你至少需要写五个循环自旋等待。

而如果你的运气不好,第一个任务特别慢,即便后续的任务已经结束了,主线程也依然由于第一个任务的结果拿不到而阻塞,耽误了对其他已完成任务的返回结果处理。

乍一看,你可能觉得差别不大,但仔细分析了才会发现,一旦任务量增大、增多,真的是「差之毫厘,谬以千里」。

其实,原理我也可以带大家一起来看看,并不难:

先从大家最关心的 CompletionService 实现子类内部结构开始:

image

这里,至少可以看出来两点,字段 executor 是一个任务调度器,completionQueue 是一个阻塞队列。

也就是说,Completion 是完全依赖外部传入的 Executor 来实现任务的提交与执行的。而这个阻塞队列 completionQueue 就是保存的所有已经完成的任务 Future 对象。

除此之外,ExecutorCompletionService 还自定义了一个内部类 QueueingFuture,重写了 FutureTask 的 done 方法。

可能大家对这个 done 没什么印象,但是还记得我们说过的 finishCompletion 方法吗?

FutureTask 抽象的描述了一个任务,当线程启动后将调用 FutureTask 内部的 run 方法执行任务的核心逻辑,并在执行的最后调用 finishCompletion 唤醒所有阻塞在自己队列上等待返回结果的线程。

而其中 finishCompletion 方法在结束前,会调用一个 done 方法,这个 done 方法在 FutureTask 中是空实现,没有任何的代码实现,表示并没有什么用。

但是我们的 QueueingFuture 充分利用这一点,重写了 done 方法,而逻辑就是将已结束的任务添加到我们在外部维护的一个新队列 completionQueue 中,供外部获取调用。

这些就是 CompletionService 的秘密。


关注公众不迷路,一个爱分享的程序员。
公众号回复「1024」加作者微信一起探讨学习!
每篇文章用到的所有案例代码素材都会上传我个人 github
github.com/SingleYam/o…
欢迎来踩!

YangAM 公众号

关注下面的标签,发现更多相似文章
评论