Android并发编程之白话文详解Future,FutureTask和Callable
从最简单的说起Thread和Runnable
说到并发编程,就一定是多个线程并发执行任务。那么并发编程的基础是什么呢?没错那就是Thread了。一个Thread可以执行一个Runnable类型的对象。那么Runnable是什么呢?其实Runnable是一个接口,他只定义了一个方法run(),这个run()方法里就是我们要执行的任务,并且是要被Thread调用的。因此,一个Runnable就可以理解为一个要被执行的任务,而Thread就是一个执行任务的工人!
接下来我们用一个例子来实践一下,我们有一个任务(Runnable),这个任务就是来计算1+2+3+…+10,然后我们叫来一个工人(Thread)来执行这个任务。
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread worker = new Thread(new CountRunnable());
worker.start();
}
public static class CountRunnable implements Runnable{
private int sum;
@Override
public void run() {
for(int i=1 ; i<11 ; i++){
sum = sum+i;
}
System.out.println("sum="+sum);
}
}
}
这里我们调用了Thread的start()方法,相当于通知我们的工人去干活,然后工人Thread去调用任务Runnable的run()方法去干活。
如果我们觉得一个工人不够用,那么我们可以多叫来几个工人,让他们一起来工作,这就是并发编程了!
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>();
for(int i=1 ; i<101 ; i++){
Thread thread = new Thread(new CountRunnable(),"Thread"+i);
threads.add(thread);
thread.start();
}
for(Thread t : threads){
t.join();
}
System.out.println("所有线程执行完毕!");
}
public static class CountRunnable implements Runnable{
private int sum;
@Override
public void run() {
for(int i=1 ; i<11 ; i++){
sum = sum+i;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行完毕 sum="+sum);
}
}
}
我们看到,每个sum都等于55,不是听说多线程并发执行会带来线程不安全的问题吗?其实这里我们是给每个工人分配一个只属于自己的任务,每个工人干自己的活,所以并不会影响到其他的人
Thread thread = new Thread(new CountRunnable(),"Thread"+i);
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那么什么情况下会出现线程并发的问题的?我们要做的就是把一个任务同时分配给100名工人,那么就会出现线程不安全的问题
public class ThreadDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>();
//注意这里,我们在外面new出一个任务来,让100个线程都来执行这个任务
CountRunnable work = new CountRunnable();
for(int i=1 ; i<101; i++){
Thread thread = new Thread(work,"Thread"+i);
threads.add(thread);
}
for(Thread t : threads){
t.start();
}
for(Thread t : threads){
t.join();
}
System.out.println("所有线程执行完毕");
}
public static class CountRunnable implements Runnable{
private int sum;
@Override
public void run() {
for(int i=1 ; i<11 ; i++){
try {
//在这里我们让每个工人每进行一次加法运算后就休息1ms,这样会使得结果明显
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
sum = sum+i;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"执行完毕 sum="+sum);
}
}
}
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我们看到的结果简直不堪入目,正确结果应该是5500对吧,这时因为我们有100名工人去干一件任务,他们都操作的是同一个变量,因此多线程修改共享变量会出现问题,至于原理是什么,大家可以参考我的另一篇文章Java并发编程之图文解析volatile关键字来了解一下Java的内存模型(JMM)。
这篇文章的题目不是叫Future,FutureTask和Callable吗?我怎么连他们的影子都还没有见到?大家先别着急,还是和我一起慢慢深入,这样才能真正理解他们存在的道理。
最简单的方法出现了问题,线程池来解决
现在我们可以叫来这100名工人来为我们干活了,可是这样有个问题,这100名工人不是说找就找的,首先你得去发招聘启事,接着再去面试,再去培训等等,非常的费时费力,所以我们应该找到一个外包公司,比如我们需要100名工人,我们直接就到外包公司去借100名工人,直接来干活,这样就省了不少的力气了,这个外包公司就是线程池了。关于线程池的介绍,有一篇写的非常详细的博客Android性能优化之使用线程池处理异步任务,既然已经有人把它的理论总结的很清晰透彻了,我就不再重复去介绍一遍了,如果大家有对线程池的基础还不了解的话,推荐看看这篇文章。下面我就来说说线程池的使用,慢慢引出Future和Callable。
我们在使用线程池的时候,可以把一个任务(Runnable)交给线程池,调用线程池的execute(runnable)来执行
public class ExecutorDemo {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
CountRunnable work = new CountRunnable();
es.execute(work);
es.shutdown();
System.out.println("任务结束"+es.isShutdown());
}
public static class CountRunnable implements Runnable{
private int sum;
@Override
public void run() {
for(int i=1 ; i<11 ; i++){
sum+=i;
}
System.out.println("sum="+sum);
}
}
}
不知道大家有没有发现一个问题,我们执行Runnable任务,他的run()方法是没有返回值的,那如果我们想要执行完一个任务,并且能够拿到一个返回值结果,那么应该怎么做呢?
Future登场
当当当!没错!主角就要登场了!首先介绍Future
public interface Future<V> {
boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
boolean isCancelled();
boolean isDone();
V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
V get(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}
Future是一个接口,他提供给了我们方法来检测当前的任务是否已经结束,还可以等待任务结束并且拿到一个结果,通过调用Future的get()方法可以当任务结束后返回一个结果值,如果工作没有结束,则会阻塞当前线程,直到任务执行完毕,我们可以通过调用cancel()方法来停止一个任务,如果任务已经停止,则cancel()方法会返回true;如果任务已经完成或者已经停止了或者这个任务无法停止,则cancel()会返回一个false。当一个任务被成功停止后,他无法再次执行。isDone()和isCancel()方法可以判断当前工作是否完成和是否取消。
简单介绍一番,我们发现原来那些工人,只会去执行工作,做完工作之后也不给我们反馈信息,并且我们也不知道他们何时能完工,更不能打断他们的工作,这种工人的弊端就显现出来了。
现在我们有了更高级的工人,这些工人只能是从外包公司来借(利用线程池),当这些工人干完活之后,他们会给我们返回运行的结果,而且我们还可以暂停他们的工作。
我们看到线程池还有一个方法可以执行一个任务,那就是submit()方法
public Future<?> submit(Runnable task) {
return e.submit(task);
}
我们看到他会返回一个Future对象,这个Future对象的泛型里还用的是一个问号“?”,问号就是说我们不知道要返回的对象是什么类型,那么就返回一个null好了,因为我们执行的是一个Runnable对象,Runnable是没有返回值的,所以这里用一个问号,说明没有返回值,那么就返回一个null好了。
public class ExecutorDemo {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
CountRunnable work = new CountRunnable();
Future<?> future = es.submit(work);
System.out.println("任务开始于"+new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
for(int i=0 ; i<10 ; i++){
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
System.out.println("主线程"+Thread.currentThread().getName()+"仍然可以执行");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
try {
Object object = future.get();
System.out.println("任务结束于"+new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date())+" result="+object);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
es.shutdown();
System.out.println("关闭线程池"+es.isShutdown());
}
public static class CountRunnable implements Runnable{
private int sum;
@Override
public void run() {
for(int i=1 ; i<11 ; i++){
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
sum+=i;
System.out.println("工作线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行 sum="+sum);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
我们看到Future有一个get()方法,这个方法是一个阻塞方法,我们调用submit()执行一个任务的时候,会执行Runnable中的run()方法,当run()方法没有执行完的时候,这个工人就会歇着了,直到run()方法执行结束后,工人就会立即将结果取回并且交给我们。我们看到返回的result=null。那既然返回null的话还有什么意义呢??别着急,那就要用到Callable接口了
Callable登场
public interface Callable<V> {
/**
* Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
*
* @return computed result
* @throws Exception if unable to compute a result
*/
V call() throws Exception;
}
我们看到Callable接口和Runnable接口很像,也是只有一个方法,不过这个call()方法是有返回值的,这个返回值是一个泛型,也就是说我们可以根据我们的需求来指定我们要返回的result的类型
public class CallableDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future<Number> future = es.submit(new CountCallable());
System.out.println("任务开始于"+new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
Number number = future.get();
System.out.println("任务结束于"+new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
if(future.isDone()){
System.out.println("任务执行完毕 result="+number.num);
es.shutdown();
}
}
public static class CountCallable implements Callable<Number>{
@Override
public Number call() throws Exception {
Number number = new Number();
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
number.setNum(10);
return number;
}
}
static class Number{
private int num;
private int getNum(){
return num;
}
private void setNum(int num){
this.num = num;
}
}
}
我们创建我们的任务(Callable)的时候,传入了一个Number类的泛型,那么在call()方法中就会返回这个Number类型的对象,最后在Future的get()方法中就会返回我们的Number类型的结果。
然而Future不仅仅可以获得一个结果,他还可以被取消,我们通过调用future的cancel()方法,可以取消一个Future的执行
public class CallableDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future<Number> future = es.submit(new CountCallable());
System.out.println("任务开始于"+new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
future.cancel(true);
if (future.isCancelled()) {
System.out.println("任务被取消于"+new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
es.shutdownNow();
}else{
Number number = future.get();
System.out.println("任务结束于"+new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
if(future.isDone()){
System.out.println("任务执行完毕 result="+number.num);
es.shutdown();
}
}
}
public static class CountCallable implements Callable<Number>{
@Override
public Number call() throws Exception {
Number number = new Number();
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
number.setNum(10);
return number;
}
}
static class Number{
private int num;
private int getNum(){
return num;
}
private void setNum(int num){
this.num = num;
}
}
}
FutureTask登场
说完了Future和Callable,我们再来说最后一个FutureTask,Future是一个接口,他的唯一实现类就是FutureTask,其实FutureTask的一个很好地特点是他有一个回调函数done()方法,当一个任务执行结束后,会回调这个done()方法,我们可以在done()方法中调用FutureTask的get()方法来获得计算的结果。为什么我们要在done()方法中去调用get()方法呢? 这是有原因的,我在Android开发中,如果我在主线程去调用futureTask.get()方法时,会阻塞我的UI线程,如果在done()方法里调用get(),则不会阻塞我们的UI线程。
public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
}
我们来看看FutureTask实现了RunnableFuture接口
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
/**
* Sets this Future to the result of its computation
* unless it has been cancelled.
*/
void run();
}
Runnable接口又实现了Runnable和Future接口,所以说FutureTask可以交给Executor执行,也可以由调用线程直接执行FutureTask.run()方法。FutureTask的run()方法中又会调用Callable的call()方法
public void run() {
if (state != NEW ||
!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
null, Thread.currentThread()))
return;
try {
Callable<V> c = callable;
if (c != null && state == NEW) {
V result;
boolean ran;
try {
result = c.call();
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
result = null;
ran = false;
setException(ex);
}
if (ran)
set(result);
}
} finally {
// runner must be non-null until state is settled to
// prevent concurrent calls to run()
runner = null;
// state must be re-read after nulling runner to prevent
// leaked interrupts
int s = state;
if (s >= INTERRUPTING)
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
}
所以一个FutureTask实际上执行的是一个Callable类型实例的call()方法,call()方法才是我们的最终任务。其实Android中的AsyncTask内部也是使用的FutureTask,我们写一个小的例子来模仿AsyncTask的可以停止的功能
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
FutureTask<Number> futureTask;
CountCallable countCallable;
ExecutorService es;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
countCallable = new CountCallable();
futureTask = new FutureTask<Number>(countCallable){
@Override
protected void done() {
try {
Number number = futureTask.get();
Log.i("zhangqi", "任务结束于" + new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss").format(new Date()) + " result=" + number.getNum());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
} catch (CancellationException e) {
Log.i("zhangqi", "任务被取消于" + new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss").format(new Date()));
}
}
};
es = Executors.newFixedThreadPool(2);
es.execute(futureTask);
Log.i("zhangqi", "任务被开始于" + new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss").format(new Date()));
}
public void cancel(View view) {
futureTask.cancel(true);
}
public static class CountCallable implements Callable<Number> {
@Override
public Number call() throws Exception {
Number number = new Number();
Log.i("zhangqi","运行在"+Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(5000);
number.setNum(10);
return number;
}
}
static class Number {
private int num;
private int getNum() {
return num;
}
private void setNum(int num) {
this.num = num;
}
}
}
我们写了一个CountCallable类,在call()方法里是我们要执行的任务,最终我们的任务要返回一个Number类型的对象,我们在call()方法中首先会让线程睡眠5秒钟,然后new出一个Number对象并且给他赋值为10.
接着我们new一个FutureTask并且把我们的CountCallable对象传入进去,FutureTask的泛型就是我们要返回的结果的类型,并且我们要重写FutureTask的done()方法,这个方法会在任务结束后自动执行,在done()方法中我们调用get()方法获得运行的结果
现在我们执行cancel方法,来结束这个FutureTask任务
在任务执行2秒的时候,我点击了cancel按钮,执行了FutureTask的cancel方法,当我们执行了cancel()方法后,FutureTask的get()方法会抛出CancellationException异常,我们捕捉这个异常,然后在这里来处理一些后事 =-=!
相信大家都已经理解了为什么Java要提供给我们Future,FutureTask和Callable了,他们其实是并发编程中更高级的应用,我们应该理解他们并且正确的使用它们。