源码解读之FutureTask如何实现最大等待时间
预备知识：Java 线程挂起的常用方式有以下几种
Thread.sleep(long millis)：这个方法可以让线程挂起一段时间，并释放 CPU 时间片，等待一段时间后自动恢复执行。这种方式可以用来实现简单的定时器功能，但如果不恰当使用会影响系统性能。Object.wait()和Object.notify()或Object.notifyAll()：这是一种通过等待某个条件的发生来挂起线程的方式。wait()方法会让线程等待，直到其他线程调用了notify()或notifyAll()方法来通知它。这种方式需要使用 synchronized 或者 ReentrantLock 等同步机制来保证线程之间的协作和通信。LockSupport.park()和LockSupport.unpark(Thread thread)：这两个方法可以让线程挂起和恢复。park()方法会使当前线程挂起，直到其他线程调用了unpark(Thread thread)方法来唤醒它。这种方式比较灵活，可以根据需要控制线程的挂起和恢复。
先上结论：
1.futureTask.get时通过LockSupport.park()挂起线程
2.在Thread.run() 方法中 调用 setException(ex)或set(result)，然后调用LockSupport.unpark(t)唤醒线程。
一：示例-引入主题
public class FutureTaskDemo {
public static void main(String[] args) {
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new Callable() {
@Override
public Object call() throws Exception {
System.out.println("异步线程执行");
Thread.sleep(3000);//模拟线程执行任务需要3秒
return "ok";
}
});
Thread t1 = new Thread(futureTask, "线程一");
t1.start();
try {
//关键代码
String s = futureTask.get(2, TimeUnit.SECONDS); //最大等待线程2秒
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
} catch (TimeoutException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
二：进入futureTask.get(2, TimeUnit.SECONDS);
public V get(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
if (unit == null)
throw new NullPointerException();
int s = state;
if (s <= COMPLETING &&
(s = awaitDone(true, unit.toNanos(timeout))) <= COMPLETING) //重点awaitDone，即完成了最大等待，依然没有结果就抛出异常逻辑
throw new TimeoutException();
return report(s);
}
awaitDone返回线程任务执行状态，即小于等于COMPLETING(任务正在运行，等待完成)抛出异常TimeoutException
三：进入(awaitDone(true, unit.toNanos(timeout)))原理分析
private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException {
final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
WaitNode q = null;
boolean queued = false;
for (;;) {
if (Thread.interrupted()) {
removeWaiter(q);
throw new InterruptedException();
}
int s = state;
if (s > COMPLETING) {
if (q != null)
q.thread = null;
return s;
}
else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
Thread.yield();
else if (q == null)
q = new WaitNode();
else if (!queued)
queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
q.next = waiters, q);
else if (timed) {
nanos = deadline - System.nanoTime();
if (nanos <= 0L) {
removeWaiter(q);
return state;
}
LockSupport.parkNanos(this, nanos);
}
else
LockSupport.park(this);
}
}
3.1 总体解读awaitDone
利用自旋(for (;😉)的方式 ，检查state(任务状态)与waitNode(维护等待的线程)，
第一步：首先检查if (Thread.interrupted()) 线程是否被打断(LockSupport.parkNanos挂起的线程被打断不抛出异常)，
第二步：判断任务状态与waitNode是否入队+确定最大等待时间
若已完成(if (s > COMPLETING))返回任务状态
若已完成(if (s == COMPLETING))-->表示正在完成，但尚未完成。则让出 CPU，进入就绪状态，等待其他线程的执行
若if (q == null)==>创建等待等待节点
若if (!queued)==>表示上一步创建的节点没有和当前线程绑定，故绑定
最后else if (timed)与else，判断最大等待时间
static final class WaitNode {
volatile Thread thread;
volatile WaitNode next;
WaitNode() { thread = Thread.currentThread(); }
}
private static final int NEW = 0;
private static final int COMPLETING = 1;
private static final int NORMAL = 2;
private static final int EXCEPTIONAL = 3;
private static final int CANCELLED = 4;
private static final int INTERRUPTING = 5;
private static final int INTERRUPTED = 6;
state可能转换的过程
1.NEW -> COMPLETING -> NORMAL (成功完成)
2.NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL (异常)
3.NEW -> CANCELLED (任务被取消)
4.NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED(任务被打断)
3.2 关键代码
LockSupport.park(this, nanos) ==内部实现==> UNSAFE.park(false, nanos)();
即让当前线程堵塞直至指定的时间(nanos),该方法同Thread.sleep()一样不会释放持有的对象锁，但不同的是Thread.sleep会被打断（interrupted）并抛出异常，而LockSupport.park被打断不会抛出异常，故在自旋时（for (;😉）需判断if (Thread.interrupted())线程是否被打断(手动抛出异常)。
四：线程运行时state的变化轨迹
4.1：新建时利用构造器设置state=NEW
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
this.state = NEW; // 赋值状态
}
4.2： 线程运行时state可能变化轨迹
public void run() {
..........防止多次运行stat()方法..............
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); //异常轨迹---> 见下分析
}
if (ran)
set(result); // 正常轨迹--->见下分析
}
} finally {
runner = null;
//----最后结束---防止线程被打断
int s = state;
if (s >= INTERRUPTING)
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
}
异常轨迹setException(ex)
protected void setException(Throwable t) {
if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
outcome = t;
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // final state
finishCompletion();
//轨迹变化 2.NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL (异常)
}
//否则1： 3.NEW -> CANCELLED (任务被取消)
//否则2： 4.NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED(任务被打断)
}
正常轨迹 set(result);
1.NEW -> COMPLETING -> NORMAL (成功完成)
