在 Java 中并行执行依赖任务答案

【问题标题】：Executing Dependent tasks in parallel in Java在 Java 中并行执行依赖任务
【发布时间】：2012-06-01 17:50:49
【问题描述】：

我需要找到一种在java中并行执行任务（依赖和独立）的方法。

任务 A 和任务 C 可以独立运行。
任务 B 依赖于任务 A 的输出。

我检查了 java.util.concurrent Future 和 Fork/Join，但看起来我们无法向任务添加依赖项。

谁能指点我纠正Java API。

【问题讨论】：

您是否考虑过让任务 A 在完成时通知任务 B？在启动任务 A 之前，实例化任务 B 并将其作为观察者添加到任务 A（参见观察者模式）。
Guava 的 ListenableFuture 在这些方面比普通的 Futures 更友好。

标签： java multithreading

【解决方案1】：

在 Scala 中，这很容易做到，而且我认为您最好使用 Scala。这是我从http://danielwestheide.com/（Scala 新手指南第 16 部分：从这里开始）的一个示例，这个人有一个很棒的博客（我不是那个人）

让我们请一位咖啡师煮咖啡。要做的任务是：

研磨所需的咖啡豆（无先前任务）
加热一些水（没有之前的任务）
使用研磨咖啡和热水冲泡浓缩咖啡（取决于 1 和 2）
起泡一些牛奶（没有之前的任务）
混合泡沫牛奶和浓缩咖啡（取决于 3,4）

或作为一棵树：

Grind   _
Coffe    \
          \   
Heat    ___\_Brew____ 
Water                \_____Combine
                     /
Foam    ____________/
Milk

在使用并发 api 的 java 中，这将是：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

public class Barrista {

    static class HeatWater implements Callable<String> {
        @Override
        public String call() throws Exception {
            System.out.println("Heating Water");
            Thread.sleep(1000);
            return "hot water";
        }
    }

    static class GrindBeans implements Callable<String> {
        @Override
        public String call() throws Exception {
            System.out.println("Grinding Beans");
            Thread.sleep(2000);
            return "grinded beans";
        }
    }

    static class Brew implements Callable<String> {

        final Future<String> grindedBeans;
        final Future<String> hotWater;

        public Brew(Future<String> grindedBeans, Future<String> hotWater) {
            this.grindedBeans = grindedBeans;
            this.hotWater = hotWater;
        }

        @Override
        public String call() throws Exception
        {
            System.out.println("brewing coffee with " + grindedBeans.get()
                    + " and " + hotWater.get());
            Thread.sleep(1000);
            return "brewed coffee";
        }
    }

    static class FrothMilk implements Callable<String> {

        @Override
        public String call() throws Exception {
            Thread.sleep(1000);
            return "some milk";
        }
    }

    static class Combine implements Callable<String> {

        public Combine(Future<String> frothedMilk, Future<String> brewedCoffee) {
            super();
            this.frothedMilk = frothedMilk;
            this.brewedCoffee = brewedCoffee;
        }

        final Future<String> frothedMilk;
        final Future<String> brewedCoffee;

        @Override
        public String call() throws Exception {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("Combining " + frothedMilk.get() + " "
                    + brewedCoffee.get());
            return "Final Coffee";
        }

    }

    public static void main(String[] args) {

        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);

        FutureTask<String> heatWaterFuture = new FutureTask<String>(new HeatWater());
        FutureTask<String> grindBeans = new FutureTask<String>(new GrindBeans());
        FutureTask<String> brewCoffee = new FutureTask<String>(new Brew(grindBeans, heatWaterFuture));
        FutureTask<String> frothMilk = new FutureTask<String>(new FrothMilk());
        FutureTask<String> combineCoffee = new FutureTask<String>(new Combine(frothMilk, brewCoffee));

        executor.execute(heatWaterFuture);
        executor.execute(grindBeans);
        executor.execute(brewCoffee);
        executor.execute(frothMilk);
        executor.execute(combineCoffee);


        try {

            /**
             *  Warning this code is blocking !!!!!!!
             */         
            System.out.println(combineCoffee.get(20, TimeUnit.SECONDS));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (TimeoutException e) {
            System.out.println("20 SECONDS FOR A COFFEE !!!! I am !@#! leaving!!");
            e.printStackTrace();
        } finally{
                executor.shutdown();
            }
        }
    }

请确保添加超时，以确保您的代码不会永远等待某事完成，这是通过使用 Future.get(long, TimeUnit) 完成的，然后相应地处理失败。

但在 scala 中要好得多，就像在博客上一样：准备咖啡的代码如下所示：

def prepareCappuccino(): Try[Cappuccino] = for {
  ground <- Try(grind("arabica beans"))
  water <- Try(heatWater(Water(25)))
  espresso <- Try(brew(ground, water))
  foam <- Try(frothMilk("milk"))
} yield combine(espresso, foam)

所有方法都返回一个未来（类型化的未来），例如研磨会是这样的：

def grind(beans: CoffeeBeans): Future[GroundCoffee] = Future {
   // grinding function contents
}

对于所有实现，请查看博客，但仅此而已。您也可以轻松集成 Scala 和 Java。我真的建议在 Scala 而不是 Java 中做这种事情。 Scala 需要更少的代码、更简洁和事件驱动。

【讨论】：

【解决方案2】：

具有依赖关系的任务的通用编程模型是Dataflow。简化模型，其中每个任务只有一个，虽然重复，依赖是Actor model。 Java 有很多 Actor 库，但用于数据流的却很少。另见：which-actor-model-library-framework-for-java、java-pattern-for-nested-callbacks

【讨论】：

【解决方案3】：

使用阻塞队列。将任务A的输出放入队列，任务B阻塞，直到队列中有可用的东西。

文档包含实现此目的的示例代码：http://docs.oracle.com/javase/6/docs/api/java/util/concurrent/BlockingQueue.html

【讨论】：

【解决方案4】：

Java 定义了一个 CompletableFuture 类。

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/concurrent/CompletableFuture.html

这就是你要找的。它有助于构建执行流程。

【讨论】：

【解决方案5】：

您需要的是CountDownLatch。

final CountDownLatch gate = new CountDownLatch(2);
// thread a
new Thread() {
    public void run() {
        // process
        gate.countDown();
    }
}.start();

// thread c
new Thread() {
    public void run() {
        // process
        gate.countDown();
    }
}.start();

new Thread() {
    public void run() {
        try {
            gate.await();
            // both thread a and thread c have completed
            // process thread b
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}.start();

作为替代方案，根据您的方案，您也可以使用BlockingQueue 来实现生产者-消费者模式。请参阅文档页面上的示例。

【讨论】：

A CountDownLatch 在这里是多余的，根据 OP，任务 B 仅依赖于任务 A，而不是任务 A 和 C。也就是说，-1 只是为了不处理InterruptedException 在 sn-p 中正确。
谢谢，编写代码 sn-p 的想法是向他展示 CountDownLatch 是如何工作的，而不是向他展示如何正确处理异常。

【解决方案6】：

如果任务 B 依赖于任务 A 的输出，我首先要质疑任务 B 是否真的是一个单独的任务。如果存在以下情况，则将任务分开是有意义的：

在需要任务 A 的结果之前，任务 B 可以完成的一些重要工作
任务 B 是一个长期持续的过程，它处理来自任务 A 的许多不同实例的输出
还有一些其他任务（例如 D）也使用任务 A 的结果

假设它是一个单独的任务，那么您可以允许任务 A 和 B 共享一个BlockingQueue，以便任务 A 可以传递任务 B 数据。

【讨论】：

【解决方案7】：

使用这个库https://github.com/familysyan/TaskOrchestration。它为您管理任务依赖关系。

【讨论】：

【解决方案8】：

有一个专门用于此目的的 java 库（免责声明：我是该库的所有者），名为 Dexecutor

这里是你如何达到预期的结果，你可以阅读更多关于它here

@Test
public void testDependentTaskExecution() {

    DefaultDependentTasksExecutor<String, String> executor = newTaskExecutor();

    executor.addDependency("A", "B");
    executor.addIndependent("C");

    executor.execute(ExecutionBehavior.RETRY_ONCE_TERMINATING);

}

private DefaultDependentTasksExecutor<String, String> newTaskExecutor() {
    return new DefaultDependentTasksExecutor<String, String>(newExecutor(), new SleepyTaskProvider());
}

private ExecutorService newExecutor() {
    return Executors.newFixedThreadPool(ThreadPoolUtil.ioIntesivePoolSize());
}

private static class SleepyTaskProvider implements TaskProvider<String, String> {

    public Task<String, String> provid(final String id) {

        return new Task<String, String>() {

            @Override
            public String execute() {
                try {
                    //Perform some task
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                String result = id + "processed";
                return result;
            }

            @Override
            public boolean shouldExecute(ExecutionResults<String, String> parentResults) {
                ExecutionResult<String, String> firstParentResult = parentResults.getFirst();
                //Do some logic with parent result
                if ("B".equals(id) && firstParentResult.isSkipped()) {
                    return false;
                }
                return true;
            }
        };          
    }

}

【讨论】：