Callable、Future、FutureTask基本介绍
- 直接继承Thread或者实现Runnable接口都可以创建线程，但是这两种方法都有一个问题就是：没有返回值，也就是不能获取执行完的结果。
- 因此jdk1.5就提供了Callable接口来实现这一场景，而Future和FutureTask就可以和Callable接口配合起来使用。
Callable和Runnable的区别
- Runnable不能返回一个返回值,不能抛出 checked Exception。
- Callable的call方法可以有返回值，可以声明抛出异常。
- Callable 配合的有一个 Future 类，通过 Future 可以了解任务执行情况，或者取消任务的执行，还可获取任务执行的结果，这些功能都是 Runnable 做不到的，Callable 的功能要比 Runnable 强大。
FutureTask的父类Future介绍
- Future最常用的实现是：FutureTask（由于他继承的RunnableFuture实现了Runnable和Future）
- boolean cancel (boolean mayInterruptIfRunning)：取消任务的执行。参数指定是否立即中断任务执行，或者等等任务结束。
- boolean isCancelled ()：任务是否已经取消，任务正常完成前将其取消，则返回 true。
- boolean isDone ()：任务是否已经完成。需要注意的是如果任务正常终止、异常或取消，都将返回true。
- V get () throws InterruptedException, ExecutionException：等待任务执行结束，然后获得V类型的结果。InterruptedException 线程被中断异常， ExecutionException任务执行异常，如果任务被取消，还会抛出CancellationException。
- V get (long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException：同上面的get功能一样，多了设置超时时间。参数timeout指定超时时间，uint指定时间的单位，在枚举类TimeUnit中有相关的定义。如果计算超时，将抛出TimeoutException
Future的注意事项
- 当 for 循环批量获取 Future 的结果时容易长时间阻塞，get 方法调用时应使用 timeout 限制。
- Future 的生命周期不能后退。一旦完成了任务，它就永久停在了“已完成”的状态，不能从头再来。
Future的缺陷
- 并发执行多任务：Future只提供了get()方法来获取结果，并且是阻塞的。所以，除了等待你别无他法；
- 无法对多个任务进行链式调用：如果你希望在计算任务完成后执行特定动作，比如发邮件，但Future却没有提供这样的能力；
- 无法组合多个任务：如果你运行了10个任务，并期望在它们全部执行结束后执行特定动作，那么在Future中这是无能为力的；
- 没有异常处理：Future接口中没有关于异常处理的方法；
使用方式：把串行的任务并行化
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class FutureTest {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
FutureTask<String> ft1 = new FutureTask<>(new T1Task());
FutureTask<String> ft2 = new FutureTask<>(new T2Task());
FutureTask<String> ft3 = new FutureTask<>(new T3Task());
FutureTask<String> ft4 = new FutureTask<>(new T4Task());
FutureTask<String> ft5 = new FutureTask<>(new T5Task());
// 构建线程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
executorService.submit(ft1);
executorService.submit(ft2);
executorService.submit(ft3);
executorService.submit(ft4);
executorService.submit(ft5);
// 获取执行结果
System.out.println(ft1.get());
System.out.println(ft2.get());
System.out.println(ft3.get());
System.out.println(ft4.get());
System.out.println(ft5.get());
executorService.shutdown();
}
static class T1Task implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
System.out.println("T1：任务正在执行...");
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
return "T1：执行完成！";
}
}
static class T2Task implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
System.out.println("T2：任务正在执行...");
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
return "T2：执行完成！";
}
}
static class T3Task implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
System.out.println("T3：任务正在执行...");
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
return "T3：执行完成！";
}
}
static class T4Task implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
System.out.println("T4：任务正在执行...");
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
return "T4：执行完成！";
}
}
static class T5Task implements Callable<String> {
@Override
public String call() throws Exception {
System.out.println("T5：任务正在执行...");
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
return "T5：执行完成！";
}
}
}
- 运行结果
FutureTask的状态源码分析
// 记录实际的状态：volatile修饰的，FutureTask的核心！
private volatile int state;
// 新的任务，初始状态。
private static final int NEW = 0;
// 正在执行：任务被设置结果时，这是一个中间状态。
private static final int COMPLETING = 1;
// 任务正常结束。
private static final int NORMAL = 2;
// 任务因异常而结束。
private static final int EXCEPTIONAL = 3;
// 任务还未执行之前就调用了cancel(true)方法
private static final int CANCELLED = 4;
// 任务调用了cancel(true)，但是还没有中断。
private static final int INTERRUPTING = 5;
// 任务中断了！
private static final int INTERRUPTED = 6;
FutureTask的构造方法源码分析
/**
* callable：一个实现了call方法的任务
*/
public FutureTask(Callable<V> callable) {
// 没有任务，直接抛出异常
if (callable == null)
throw new NullPointerException();
// 给任务赋值
this.callable = callable;
// 设置线程状态是新创建状态
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
/**
* callable：一个实现了call方法的任务
* result：FutureTask在Runnable执行完之后返回预先设置好的result,以便通知任务已完成.
*/
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
// 得到callable对象
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
// 设置线程状态是新创建状态
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
/**
* 得到Callable对象
*/
public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
// 任务为空，直接抛异常
if (task == null)
throw new NullPointerException();
// 返回具体适配器的任务
return new RunnableAdapter<T>(task, result);
}
/**
* 具体适配器的获取Callable对象方法
*/
static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
final Runnable task;
final T result;
// 这里是他的构造方法
RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
this.task = task;
this.result = result;
}
// 这里是定义的call方法
public T call() {
task.run();
return result;
}
}
FutureTask的run方法源码分析
/**
* FutureTask任务实际线程执行的run方法
*/
public void run() {
// 状态不是新建状态：可能被其他线程执行了。
// 当前线程状态为null，并且可以cas变为当前的线程：失败的话说明被其他线程执行了。
if (state != NEW ||
!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
null, Thread.currentThread()))
return;
try {
// 得到具体的callable对象
Callable<V> c = callable;
// 对象不是空的，并且对象是新建状态
if (c != null && state == NEW) {
// 定义结果
V result;
// 定时执行方式的标识
boolean ran;
try {
// 这里调用的是我们具体的自定义子类
result = c.call();
// 标记正常执行完成
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
// 出现异常结果为null
result = null;
// 标记为异常执行
ran = false;
// 出现异常后的设置异常方法
setException(ex);
}
// 如果是正常执行，设置执行后的结果
if (ran)
// 设置正常执行后的结果
set(result);
}
} finally {
// runner must be non-null until state is settled to
// prevent concurrent calls to run()
// 将当前任务的线程变为null：防止对run（）的并发调用
runner = null;
// state must be re-read after nulling runner to prevent
// leaked interrupts
// 得到当前任务的状态
int s = state;
// 当前的任务正在中断或者已经中断
if (s >= INTERRUPTING)
// 处理可能的取消中断
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
}
/**
* 出现异常后的设置异常方法
*/
protected void setException(Throwable t) {
// 可以CAS状态到设置结果状态
if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
// 标记get方法抛出异常
outcome = t;
// CAS的方式设置这个任务由于异常结束
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // final state
// 最终任务执行完成的方法
finishCompletion();
}
}
/**
* 最终任务执行完成的方法：线程执行完后，会在finishCompletion()方法中进行唤醒WaitNode节点中等待的线程。
*/
private void finishCompletion() {
// assert state > COMPLETING;
// 遍历WaitNode中的每一个节点，一直到没有需要等待唤醒的线程。
for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
// 当前线程通过CAS能把持有的线程清除掉
if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
for (;;) {
// 得到当前节点的线程
Thread t = q.thread;
// 如果当前节点存在线程，唤醒这个线程
if (t != null) {
// 当前节点
q.thread = null;
// 唤醒操作
LockSupport.unpark(t);
}
// 得到等待队列下一个节点
WaitNode next = q.next;
// 下一个节点为空，跳出内部循环
if (next == null)
break;
// 当前节点的下一个节点指向变为空，方便GC去回收
q.next = null; // unlink to help gc
// 链表去除第一个元素
q = next;
}
// 跳出外部循环
break;
}
}
// 模板方法,可以被覆盖重写。
done();
// 情况具体的任务
callable = null; // to reduce footprint
}
/**
* 设置执行后的结果
*/
protected void set(V v) {
// 可以CAS状态到设置结果状态
if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
// 设置执行后的结果
outcome = v;
// CAS的方式设置这个任务正常结束
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
// 最终任务执行完成的方法
finishCompletion();
}
}
/**
* 处理可能的取消中断
*/
private void handlePossibleCancellationInterrupt(int s) {
// 当前的状态是任务调用了cancel(true)，但是还没有中断。
if (s == INTERRUPTING)
// 等待他成功中断！
while (state == INTERRUPTING)
Thread.yield(); // wait out pending interrupt
}
FutureTask的get方法源码分析
/**
* FutureTask任务实际用来获取的方法
*/
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
// 得到当前的任务状态
int s = state;
// 任务新创建或者正在被执行
if (s <= COMPLETING)
// 等待任务执行完毕,如果任务取消或者超时则停止
s = awaitDone(false, 0L);
// 返回具体的结果
return report(s);
}
/**
* FutureTask任务实际用来获取的方法，有超时时间
*/
public V get(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
// 时间单位是空的，抛异常
if (unit == null)
throw new NullPointerException();
// 得到当前的任务状态
int s = state;
// 当前任务在执行或者新创建的时候，获取超时了，抛出超时异常
if (s <= COMPLETING &&
(s = awaitDone(true, unit.toNanos(timeout))) <= COMPLETING)
throw new TimeoutException();
// 返回具体的结果
return report(s);
}
/**
* 等待任务执行完毕,如果任务取消或者超时则停止
*/
private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException {
// 计算最后的时间期限
final long = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
// 得到当前的节点
WaitNode q = null;
// 得到是否排队的标识
boolean queued = false;
for (;;) {
// 如果线程被中断
if (Thread.interrupted()) {
// 在等待队列中删除当前的节点
removeWaiter(q);
// 抛出中断异常
throw new InterruptedException();
}
// 得到当前任务的状态
int s = state;
// 任务已经执行完成（正常执行完成或者被）
if (s > COMPLETING) {
// 当前节点不为空的时候，移除当前节点执行的线程
if (q != null)
q.thread = null;
// 将结果返回
return s;
}
// 当前节点正在执行，等待他执行完成
else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
Thread.yield();
// 当前的节点还没有
else if (q == null)
// 定义新节点
q = new WaitNode();
// 当前节点有排队
else if (!queued)
// CAS的方式这种下一个节点
queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
q.next = waiters, q);
// 存在超时时间
else if (timed) {
// 计算剩余时间
nanos = deadline - System.nanoTime();
// 剩余时间小于0，说明超时了
if (nanos <= 0L) {
// 在等待队列中删除当前的节点
removeWaiter(q);
// 返回运行的状态
return state;
}
// 阻塞：超过时间自动唤醒
LockSupport.parkNanos(this, nanos);
}
else
// 阻塞
LockSupport.park(this);
}
}
/**
* 返回具体的结果
*/
private V report(int s) throws ExecutionException {
// 得到具体的结果
Object x = outcome;
// 任务正常结束，返回正常结果
if (s == NORMAL)
return (V)x;
// 任务呗取消或者中断，返回取消异常
if (s >= CANCELLED)
throw new CancellationException();
// 剩余的结果只能是由于异常原因结束的，返回具体的异常
throw new ExecutionException((Throwable)x);
}
结束语
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