Приоритетное планирование заданий в Java

1. Вступление

В многопоточной среде иногда нам нужно планировать задачи на основе пользовательских критериев, а не только времени создания.

Давайте посмотрим, как мы можем добиться этого в Java - используяPriorityBlockingQueue.

2. обзор

Допустим, у нас есть задания, которые мы хотим выполнить в зависимости от их приоритета:

public class Job implements Runnable {
    private String jobName;
    private JobPriority jobPriority;

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Job:" + jobName +
          " Priority:" + jobPriority);
        Thread.sleep(1000); // to simulate actual execution time
    }

    // standard setters and getters
}

В демонстрационных целях мы печатаем название задания и приоритет в методеrun().

Мы также добавилиsleep(), чтобы смоделировать более длительное задание; пока задание выполняется, в очереди с приоритетами накапливается больше заданий.

Наконец,JobPriority - это простое перечисление:

public enum JobPriority {
    HIGH,
    MEDIUM,
    LOW
}

3. ПользовательскийComparator

Нам нужно написать компаратор, определяющий наши пользовательские критерии; и вJava 8, it’s trivial:

Comparator.comparing(Job::getJobPriority);

4. Планировщик приоритетных заданий

После завершения настройки давайте теперь реализуем простой планировщик заданий, который использует однопоточный исполнитель для поиска заданий вPriorityBlockingQueue и их выполнения:

public class PriorityJobScheduler {

    private ExecutorService priorityJobPoolExecutor;
    private ExecutorService priorityJobScheduler
      = Executors.newSingleThreadExecutor();
    private PriorityBlockingQueue priorityQueue;

    public PriorityJobScheduler(Integer poolSize, Integer queueSize) {
        priorityJobPoolExecutor = Executors.newFixedThreadPool(poolSize);
        priorityQueue = new PriorityBlockingQueue(
          queueSize,
          Comparator.comparing(Job::getJobPriority));
        priorityJobScheduler.execute(() -> {
            while (true) {
                try {
                    priorityJobPoolExecutor.execute(priorityQueue.take());
                } catch (InterruptedException e) {
                    // exception needs special handling
                    break;
                }
            }
        });
    }

    public void scheduleJob(Job job) {
        priorityQueue.add(job);
    }
}

The key here is to create an instance of PriorityBlockingQueue of Job type with a custom comparator. Следующее задание для выполнения выбирается из очереди с помощью методаtake(), который извлекает и удаляет заголовок очереди.

Теперь клиентскому коду просто нужно вызватьscheduleJob(), который добавляет задание в очередь. priorityQueue.add() ставит задание в очередь в соответствующей позиции по сравнению с существующими заданиями в очереди, используяJobExecutionComparator.

Обратите внимание, что фактические задания выполняются с использованием отдельногоExecutorService с выделенным пулом потоков.

5. Demo

Наконец, вот быстрая демонстрация планировщика:

private static int POOL_SIZE = 1;
private static int QUEUE_SIZE = 10;

@Test
public void whenMultiplePriorityJobsQueued_thenHighestPriorityJobIsPicked() {
    Job job1 = new Job("Job1", JobPriority.LOW);
    Job job2 = new Job("Job2", JobPriority.MEDIUM);
    Job job3 = new Job("Job3", JobPriority.HIGH);
    Job job4 = new Job("Job4", JobPriority.MEDIUM);
    Job job5 = new Job("Job5", JobPriority.LOW);
    Job job6 = new Job("Job6", JobPriority.HIGH);

    PriorityJobScheduler pjs = new PriorityJobScheduler(
      POOL_SIZE, QUEUE_SIZE);

    pjs.scheduleJob(job1);
    pjs.scheduleJob(job2);
    pjs.scheduleJob(job3);
    pjs.scheduleJob(job4);
    pjs.scheduleJob(job5);
    pjs.scheduleJob(job6);

    // clean up
}

Чтобы продемонстрировать, что задания выполняются в порядке приоритета, мы сохранили дляPOOL_SIZE значение 1, даже еслиQUEUE_SIZE равно 10. Мы предоставляем задания с разным приоритетом для планировщика.

Вот пример вывода, который мы получили для одного из прогонов:

Job:Job3 Priority:HIGH
Job:Job6 Priority:HIGH
Job:Job4 Priority:MEDIUM
Job:Job2 Priority:MEDIUM
Job:Job1 Priority:LOW
Job:Job5 Priority:LOW

Выход может варьироваться в зависимости от трассы. Однако у нас никогда не должно быть случая, когда задание с более низким приоритетом выполняется, даже когда очередь содержит задание с более высоким приоритетом.

6. Заключение

В этом кратком руководстве мы увидели, какPriorityBlockingQueue можно использовать для выполнения заданий в произвольном порядке приоритета.

Как обычно, исходные файлы можно найтиover on GitHub.

TOC

Приоритетное планирование заданий в Java