拓扑排序 So Easy! 带你从0手撸一个依赖任务加载框架
我收回标题上的话，从0手撸一个框架一点也不轻松，需要考虑的地方比较多，一些实现和细节值得商榷，对我这种菜鸡也是一个比较大的挑战，有不足的地方欢迎大佬们提供意见，最后标题是某个大佬常用的风格，我看到等于是我的，没错。
依赖任务加载
平时我们常常会使用各种第三方框架，如mmkv、glide、leakcanary等优秀的第三方库，大多数第三方库需要初始化后才能使用，因此会出现下面的代码：
private void init() { mmkv.init(context); glide.init(context); leakcanary.init(context); ...... } 复制代码如果不想让任务的初始化阻塞主线程太久，我们可以考虑通过异步的方式加载任务，直到最后一个必要任务加载完毕，开始进行对应的操作。
如果部分任务是依赖关系，如下图任务A依赖任务B，单纯异步的方式的方式显然不能满足述求。
我们通常会想到的解决办法有三类：
将任务B写进任务A的末尾
监听任务A加载成功的回调函数执行任务B
通过volatile关键字卡住加载流程
这样确实能够解决依赖任务的加载问题，但如果任务的数量和依赖关系更复杂呢？
那如果是这样，你要怎么去处理？
显然是有一种更通用的方法来解决这种场景，也就是下面会讲到的有向无环图。
有向无环图的拓扑排序
上面的依赖关系可以看成一种有向无环图（Directed Acyclic Graph, DAG)，有向可以理解，表现的是任务的依赖关系，而无环是必要的，因为如果任务A和任务B相互依赖，都需要等待对方的结束来开始，经典死锁套娃。
我们可以通过拓扑排序将最后的线性执行关系呈现出来，什么是拓扑排序？
将上面复杂依赖任务简单的分析一下，任务A前方没有依赖，因此我们可以将任务A的度记为0，任务B、C、E前方各有一个依赖关系，我们把度记为1，剩下的任务D前方由于有两个依赖关系，我们将度计为2；用一个任务队列储存度为0的任务，每当入列任务加载完毕，它对应依赖任务的度-1，新的度为0的任务进队列。
A入队列，A任务完成后，依赖A任务的任务B、C度-1
这时任务B、C度都为0，都可以入队列，没有既定的顺序，我们选择入任务C，待C任务完成后，依赖C任务的D任务的度-1
接着是任务B进去，B任务完成后，任务D、E的度-1
最后是任务D、E其中的一个进去，随意选择，我们选择任务D
最后一个任务E
不考虑各个任务之间的耗时情况，依赖任务关系被拓扑排序成A->C->B->D->E，是不是发现依赖关系被解开了，排成了线性关系，这种将有向无环图拓扑成线性关系的方式被称为拓扑排序，拓扑结果根据所使用算法的不同而有所差异，这也是后面实现依赖任务加载框架的中心思想。
手撸依赖任务加载框架
定义IDAGTask类
上面提到依赖任务的加载可以通过有向无环图的拓扑排序解决，我们开始用代码实现，先定义一个IDAGTask类：
public class IDAGTask{ } 复制代码可能大家会疑问，为什么不用接口或者抽象类的思想去做这个基础类，后面解答这个疑惑。
特殊的任务会存在加载线程限制，比如只能在主线程对这个任务进行加载，因此我们需要考虑这个任务是否可以同步。异步任务显然需要使用到线程池，定义IDAGTask类实现Runnable接口，方便后续丢进线程池。
除此之外，之前讲到拓扑排序中任务有个度的概念，其实就是依赖关系的数量，在并发环境下为了保证依赖关系数量的线程可见性，这里我们使用AtomicInteger变量，通过CAS锁来保证依赖数量的实时正确性，因此IDAGTask类变成了这样：
public class IDAGTask implements Runnable { private final boolean mIsSyn; private final AtomicInteger mAtomicInteger; boolean getIsAsync() { return mIsSyn; } void addRely() { mAtomicInteger.incrementAndGet(); } void deleteRely() { mAtomicInteger.decrementAndGet(); } int getRely() { return mAtomicInteger.get(); } @Override public void run() { } } 复制代码回到之前为什么不用接口或者抽象类的方式来实现这个基础类，一方面为了后续将任务丢进线程池，IDAGTask实现了Runnable接口，接口的方式显然pass，另一方面抽象类的方式涉及到了另一个问题：
抽象run方法，可以将IDAGTask任务的监听封装进去，比如startTask、completeDAGTask，如果我们继承IDATask，只需要将初始化部分单纯写进run方法就好了，非常优雅，但是有一种case，如果这个任务的初始化是用多线程实现的，我们调用完Task.init()，马上执行completeDAGTask的监听其实是不对的
基于上面的case，我选择了一种不优雅的实现方式，将startTask的监听写在run方法的开头，completeDAGTask的监听需要调用者自己添加，任务初始化是单线程实现写在run方法的末尾即可，任务初始化采用多线程实现，需要将completeDAGTask监听写进加载成功回调
综上，run方法写进了startTask的回调，因此抽象失败，那么IDAGTask没有抽象方法，自然也不需要作为一个抽象类
经过一些加工，最后IDATask实现如下：
public class IDAGTask implements Runnable { private final boolean mIsSyn; private final AtomicInteger mAtomicInteger; private IDAGCallBack mDAGCallBack; private final Set<IDAGTask> mNextTaskSet; public IDAGTask() { this(""); } public IDAGTask(boolean isSyn) { this("", isSyn); } public IDAGTask(String alias) { this(alias, false); } public IDAGTask(String alias, boolean IsSyn) { mIsSyn = IsSyn; mAtomicInteger = new AtomicInteger(); mDAGCallBack = new DAGCallBack(alias); mNextTaskSet = new HashSet<>(); } boolean getIsAsync() { return mIsSyn; } void addRely() { mAtomicInteger.incrementAndGet(); } void deleteRely() { mAtomicInteger.decrementAndGet(); } int getRely() { return mAtomicInteger.get(); } void addNextDAGTask(IDAGTask DAGTask) { mNextTaskSet.add(DAGTask); } public void setDAGCallBack(IDAGCallBack DAGCallBack) { this.mDAGCallBack = DAGCallBack; } public void completeDAGTask() { for (IDAGTask DAGTask : mNextTaskSet) { DAGTask.deleteRely(); } mDAGCallBack.onCompleteDAGTask(); } @Override public void run() { mDAGCallBack.onStartDAGTask(); } } 复制代码定义DAGProject类
IDAGTask的模板就被敲定了，接下来我们需要建立任务之间的关系
Set储存所有的任务，通过addDAGTask添加任务
Map<IDAGTask, Set>储存所有的任务与其前置依赖关系，通过addDAGEdge添加任务依赖关系
整体采用建造者模式构建DAGProject类
于是DAGProject实现如下：
public class DAGProject { private final Set<IDAGTask> mTaskSet; private final Map<IDAGTask, Set<IDAGTask>> mTaskMap; public DAGProject(Builder builder) { mTaskSet = builder.mTaskSet; mTaskMap = builder.mTaskMap; } Set<IDAGTask> getDAGTaskSet() { return mTaskSet; } Map<IDAGTask, Set<IDAGTask>> getDAGTaskMap() { return mTaskMap; } public static class Builder { private final Set<IDAGTask> mTaskSet = new HashSet<>(); private final Map<IDAGTask, Set<IDAGTask>> mTaskMap = new HashMap<>(); public Builder addDAGTask(IDAGTask DAGTask) { if (this.mTaskSet.contains(DAGTask)) { throw new IllegalArgumentException(); } this.mTaskSet.add(DAGTask); return this; } public Builder addDAGEdge(IDAGTask DAGTask, IDAGTask preDAGTask) { if (!this.mTaskSet.contains(DAGTask) || !this.mTaskSet.contains(preDAGTask)) { throw new IllegalArgumentException(); } Set<IDAGTask> preDAGTaskSet = this.mTaskMap.get(DAGTask); if (preDAGTaskSet == null) { preDAGTaskSet = new HashSet<>(); this.mTaskMap.put(DAGTask, preDAGTaskSet); } if (preDAGTaskSet.contains(preDAGTask)) { throw new IllegalArgumentException(); } DAGTask.addRely(); preDAGTaskSet.add(preDAGTask); preDAGTask.addNextDAGTask(DAGTask); return this; } public DAGProject builder() { return new DAGProject(this); } } } 复制代码使用时，我们需要创建对应的IDAGTask，通过addDAGTask、addDAGEdge方法构建出对应有向无环图：
ATask a = new ATask(); BTask b = new BTask(); CTask c = new CTask(); DTask d = new DTask(); ETask e = new ETask(); DAGProject dagProject = new DAGProject.Builder() .addDAGTask(a) .addDAGTask(b) .addDAGTask(c) .addDAGTask(e) .addDAGTask(d) .addDAGEdge(b, a) .addDAGEdge(c, a) .addDAGEdge(d, b) .addDAGEdge(d, c) .addDAGEdge(e, b) .builder(); 复制代码
表达任务依赖关系的DAGProject对象就通过建造者模式构建成功了。
依赖任务加载的调度
当多个任务构建成有向无环图的DAGProject后，我们先不着急丢进线程池，执行对应逻辑前先检测是否有环，这样我们可以在任务加载前抛出相互依赖的错误，大可不必等到执行至有环那一步才抛出。虽然有环可以靠输入者去保障，但是在一些小细节方面，我们要求输入者保证过于苛刻也过于差体验。
将度为0的任务储存在tempTaskQueue
while循环将任务取出，存在依赖关系则对应的任务度-1，如果度为0，添加到resultTaskQueue
判断最后的resultTaskQueue与之前储存任务的set个数是否相等，false则有环抛出异常
public class DAGScheduler { private void checkCircle(Set<IDAGTask> TaskSet, Map<IDAGTask, Set<IDAGTask>> TaskMap) { LinkedList<IDAGTask> resultTaskQueue = new LinkedList<>(); LinkedList<IDAGTask> tempTaskQueue = new LinkedList<>(); for (IDAGTask DAGTask : tempTaskSet) { if (tempTaskMap.get(DAGTask) == null) { tempTaskQueue.add(DAGTask); } } while (!tempTaskQueue.isEmpty()) { IDAGTask tempDAGTask = tempTaskQueue.pop(); resultTaskQueue.add(tempDAGTask); for (IDAGTask DAGTask : tempTaskMap.keySet()) { Set<IDAGTask> tempDAGSet = tempTaskMap.get(DAGTask); if (tempDAGSet != null && tempDAGSet.contains(tempDAGTask)) { tempDAGSet.remove(tempDAGTask); if (tempDAGSet.size() == 0) { tempTaskQueue.add(DAGTask); } } } } if (resultTaskQueue.size() != tempTaskSet.size()) { throw new IllegalArgumentException("相互依赖，玩屁啊，我不跑了！"); } } } 复制代码检测完环后，开始调度这些依赖任务，将度为0的任务加入阻塞队列，通过newSingleThreadExecutor开启一个线程不断去阻塞队列拿任务。
判断拿出的任务属于主线程执行还是异步执行，主线程执行通过handler.post发送出去，异步执行通过线程池execute
所有任务执行完毕，关闭线程池，结束遍历
不断将度为0的任务加入阻塞队列
public class DAGScheduler { private void loop() { for (IDAGTask DAGTask : mTaskSet) { if (DAGTask.getRely() == 0) { mTaskBlockingDeque.add(DAGTask); } } ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor(); singleThreadExecutor.execute(() -> { for (; ; ) { try { while (!mTaskBlockingDeque.isEmpty()) { IDAGTask executedDAGTsk = (IDAGTask) mTaskBlockingDeque.take(); if (executedDAGTsk.getIsAsync()) { Handler handler = new Handler(getMainLooper()); handler.post(executedDAGTsk); } else { mTaskThreadPool.execute(executedDAGTsk); } mTaskSet.remove(executedDAGTsk); } if (mTaskSet.isEmpty()) { singleThreadExecutor.shutdown(); mTaskThreadPool.shutdown(); return; } Iterator<IDAGTask> iterator = mTaskSet.iterator(); while (iterator.hasNext()) { IDAGTask DAGTask = iterator.next(); if (DAGTask.getRely() == 0) { mTaskBlockingDeque.put(DAGTask); iterator.remove(); } } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }); } } 复制代码至此依赖任务的调度器搭建完毕，配合之前构建好的DAGProject，使用方法如下：
DAGScheduler dagScheduler = new DAGScheduler();dagScheduler.start(dagProject); 复制代码
使用方式
第一步，对应build.gradle配置远程依赖，已经发布到maven central，不用担心jcenter弃用
implementation 'work.lingling.dagtask:dagtsk:1.0.0' 复制代码
第二步，继承IDAGTask类，在run方法中实现对应的初始化逻辑
public class ATask extends IDAGTask { public ATask(String alias) { super(alias); } @Override public void run() { super.run(); try { // 模拟随机时间 Random random = new Random(); Thread.sleep(random.nextInt(1000)); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 第三方框架内部使用同步加载 // completeDAGTask方法写在run方法末尾即可 completeDAGTask(); } // 第三方框架内部使用异步加载 // completeDAGTask方法需要写进成功回调 /*onLibrarySuccess(){ completeDAGTask(); }*/ } 复制代码tips：加载任务内部未开线程，completeDAGTask方法写在run方法的末尾，感知初始化结束；加载任务内部使用多线程，需要将completeDAGTask方法写进加载成功回调。
第三步，根据任务的依赖关系构建DAGProject并执行
回首一开始出现的复杂依赖关系：
我们模拟对应的任务，任务A、B、C、D、E，构建DAGProject如下：
ATask a = new ATask("ATask"); BTask b = new BTask("BTask"); CTask c = new CTask("CTask"); DTask d = new DTask("DTask"); ETask e = new ETask("ETask"); DAGProject dagProject = new DAGProject.Builder() .addDAGTask(b) .addDAGTask(c) .addDAGTask(a) .addDAGTask(d) .addDAGTask(e) .addDAGEdge(b, a) .addDAGEdge(c, a) .addDAGEdge(d, b) .addDAGEdge(d, c) .addDAGEdge(e, b) .builder(); DAGScheduler dagScheduler = new DAGScheduler(); dagScheduler.start(dagProject); 复制代码依赖任务执行结果如下：
可以看到依赖任务被拆开成A、C、B、E、D的顺序进行执行。
结语
行文至此，总算凑到了结尾，1202年了，居然还有人在用java写客户端。
框架实现整体很简单，但还是踩了很多坑，大到框架整体应该如何实现，小到设计模式应该如何使用、对外应该暴露什么方法、maven central如何上传等等各种细节问题，综上，这是一篇很青涩的文章。中途参考了很多大佬的文章思路和美好意见，但还是很不足，欢迎大佬们下场one one指导。
作者：LING-0001
链接：https://juejin.cn/post/7027798345179463687