同步对象，确保所有任务完成

Question

我应该使用哪个 Java 同步对象来确保完成任意数量的任务？限制是：

1. 每项任务都需要很长时间才能完成，因此适合并行执行任务。
2. 有太多任务无法放入内存（即，我不能将每个任务的 Future 放入 Collection 中，然后在所有期货上调用 get）。
3. 我不知道会有多少任务（即我不能使用CountDownLatch）。
4. ExecutorService 可以共享，所以我不能使用awaitTermination( long, TimeUnit )

例如，对于 Grand Central Dispatch，我可能会这样做：

let workQueue = dispatch_get_global_queue( QOS_CLASS_BACKGROUND, 0 )
let latch = dispatch_group_create()
let startTime = NSDate()
var itemsProcessed = 0
let countUpdateQueue = dispatch_queue_create( "countUpdateQueue", DISPATCH_QUEUE_SERIAL )
for item in fetchItems() // generator returns too many items to store in memory
{
    dispatch_group_enter( latch )
    dispatch_async( workQueue )
    {
        self.processItem( item ) // method takes a non-trivial amount of time to run
        dispatch_async( countUpdateQueue )
        {
            itemsProcessed++
        }
        dispatch_group_leave( latch )
    }
}
dispatch_group_wait( latch, DISPATCH_TIME_FOREVER )
let endTime = NSDate()
let totalTime = endTime.timeIntervalSinceDate( startTime )
print( "Processed \(itemsProcessed) items in \(totalTime) seconds." )

它产生如下所示的输出（128 个项目）：Processed 128 items in 1.846794962883 seconds.

我用Phaser尝试了类似的东西：

final Executor executor = new ThreadPoolExecutor( 64, 64, 1l, MINUTES, new LinkedBlockingQueue<Runnable>( 8 ), new CallerRunsPolicy() );
final Phaser latch = new Phaser( 0 );
final long startTime = currentTimeMillis();
final AtomicInteger itemsProcessed = new AtomicInteger( 0 );
for( final String item : fetchItems() ) // iterator returns too many items to store in memory
{
    latch.register();
    final Runnable task = new Runnable() {
        public void run() {
            processItem( item ); // method takes a non-trivial amount of time to run
            itemsProcessed.incrementAndGet();
            latch.arrive();
        }
    };
    executor.execute( task );
}
latch.awaitAdvance( 0 );
final long endTime = currentTimeMillis();
out.println( "Processed " + itemsProcessed.get() + " items in " + ( endTime - startTime ) / 1000.0 + " seconds." );

这些任务并不总是在最后一个打印语句之前完成，我可能会得到如下所示的输出（对于 128 个项目）：Processed 121 items in 5.296 seconds. Phaser 甚至是正确使用的对象吗？文档表明它仅支持 65,535 方，因此我需要批量处理要处理的项目或引入某种 Phaser 分层。

Answer 1

本例中Phaser 用法的问题在于CallerRunsPolicy 允许任务在启动线程上执行。因此，当循环仍在进行时，到达方的数量可能等于注册方的数量，从而导致阶段增加。解决方案是用 1 方初始化 Phaser 然后，当循环完成时，到达并等待其他方到达。这可确保在所有任务完成之前阶段不会递增到 1。

final Executor executor = new ThreadPoolExecutor( 64, 64, 1l, MINUTES, new LinkedBlockingQueue<Runnable>( 8 ), new CallerRunsPolicy() );
final Phaser latch = new Phaser( 1 );
final long startTime = currentTimeMillis();
final AtomicInteger itemsProcessed = new AtomicInteger( 0 );
for( final String item : fetchItems() ) // iterator returns too many items to store in memory
{
    latch.register();
    final Runnable task = new Runnable() {
        public void run() {
            processItem( item ); // method takes a non-trivial amount of time to run
            itemsProcessed.incrementAndGet();
            final int arrivalPhase = latch.arrive();
        }
    };
    executor.execute( task );
}
latch.arriveAndAwaitAdvance();
final long endTime = currentTimeMillis();
out.println( "Processed " + itemsProcessed.get() + " items in " + ( endTime - startTime ) / 1000.0 + " seconds." );

Answer 2

“确保完成任意数量的任务” - 最简单的方法是维护已完成任务的计数器，并使用阻塞操作等待达到给定数量的任务。没有这样的现成类，但很容易制作：

class EventCounter {
   long counter=0;

   synchronized void up () {
     counter++;
     notifyAll();
   }
   synchronized void ensure (long count) {
     while (counter<count) wait();
   }
 }

“有太多任务无法放入内存”——所以当正在运行的任务数量过多时，必须暂停提交新任务的进程。最简单的方法是将运行任务的数量视为一种资源，并用信号量来计算：

Semaphore runningTasksSema=new Semaphore(maxNumberOfRunningTasks);
EventCounter  eventCounter =new EventCounter ();

for( final String item : fetchItems() ) {
    final Runnable task = new Runnable() {
       public void run() {
            processItem( item ); 
            runningTasksSema.release();
            eventCounter.up();
       }
    };
   runningTasksSema.aquire();
   executor.execute(task);
}

当一个线程想要确保完成给定数量的任务时，它会调用：

eventCounter.ensure(givenNumberOfFinishedTasks);

可以设计异步（非阻塞）版本的runningTasksSema.aquire() 和eventCounter.ensure() 操作，但它们会更复杂。

Answer 3

如果你使用的是 java8，你可以使用 CompletableFuture

java.util.concurrent.CompletableFuture.allOf(CompletableFuture<?>... cfs)

这将等待传递数组中所有期货的结果。