Java多线程编程：CallableFuture和FutureTask浅析

Posted 2020-09-08 MakiseKurisu

 

 

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Java多线程：Callable、Future和FutureTask浅析（多线程编程之四）

 

通过前面几篇的学习，我们知道创建线程的方式有两种，一种是实现Runnable接口，另一种是继承Thread，但是这两种方式都有个缺点，那就是在任务执行完成之后无法获取返回结果，那如果我们想要获取返回结果该如何实现呢？还记上一篇Executor框架结构中提到的Callable接口和Future接口吗？，是的，从Java SE 5.0开始引入了Callable和Future，通过它们构建的线程，在任务执行完成后就可以获取执行结果，今天我们就来聊聊线程创建的第三种方式，那就是实现Callable接口。

 

1.Callable<V>接口

我们先回顾一下java.lang.Runnable接口，就声明了run(),其返回值为void，当然就无法获取结果了。

[java] view plain copy

 

 print?

1. public interface Runnable {  
2.     public abstract void run();  
3. }  

而Callable的接口定义如下

[java] view plain copy

 

 print?

1. public interface Callable<V> {   
2.       V   call()   throws Exception;   
3. }   

该接口声明了一个名称为call()的方法，同时这个方法可以有返回值V，也可以抛出异常。嗯，对该接口我们先了解这么多就行，下面我们来说明如何使用，前篇文章我们说过，无论是Runnable接口的实现类还是Callable接口的实现类，都可以被ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor执行，ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor都实现了ExcutorService接口，而因此Callable需要和Executor框架中的ExcutorService结合使用，我们先看看ExecutorService提供的方法：

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 print?

1. <T> Future<T> submit(Callable<T> task);  
2. <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);  
3. Future<?> submit(Runnable task);  

第一个方法：submit提交一个实现Callable接口的任务，并且返回封装了异步计算结果的Future。

第二个方法：submit提交一个实现Runnable接口的任务，并且指定了在调用Future的get方法时返回的result对象。

第三个方法：submit提交一个实现Runnable接口的任务，并且返回封装了异步计算结果的Future。

因此我们只要创建好我们的线程对象（实现Callable接口或者Runnable接口），然后通过上面3个方法提交给线程池去执行即可。还有点要注意的是，除了我们自己实现Callable对象外，我们还可以使用工厂类Executors来把一个Runnable对象包装成Callable对象。Executors工厂类提供的方法如下：

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 print?

1. public static Callable<Object> callable(Runnable task)  
2. public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result)  

2.Future<V>接口

Future<V>接口是用来获取异步计算结果的，说白了就是对具体的Runnable或者Callable对象任务执行的结果进行获取(get()),取消(cancel()),判断是否完成等操作。我们看看Future接口的源码：

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 print?

1. public interface Future<V> {  
2.     boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);  
3.     boolean isCancelled();  
4.     boolean isDone();  
5.     V get() throws InterruptedException, ExecutionException;  
6.     V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;  
7. }  

方法解析：

V get() ：获取异步执行的结果，如果没有结果可用，此方法会阻塞直到异步计算完成。

V get(Long timeout , TimeUnit unit) ：获取异步执行结果，如果没有结果可用，此方法会阻塞，但是会有时间限制，如果阻塞时间超过设定的timeout时间，该方法将返回null。

boolean isDone() ：如果任务执行结束，无论是正常结束或是中途取消还是发生异常，都返回true。

boolean isCanceller() ：如果任务完成前被取消，则返回true。

boolean cancel(boolean mayInterruptRunning) ：如果任务还没开始，执行cancel(...)方法将返回false；如果任务已经启动，执行cancel(true)方法将以中断执行此任务线程的方式来试图停止任务，如果停止成功，返回true；当任务已经启动，执行cancel(false)方法将不会对正在执行的任务线程产生影响(让线程正常执行到完成)，此时返回false；当任务已经完成，执行cancel(...)方法将返回false。mayInterruptRunning参数表示是否中断执行中的线程。

通过方法分析我们也知道实际上Future提供了3种功能：（1）能够中断执行中的任务（2）判断任务是否执行完成（3）获取任务执行完成后额结果。

但是我们必须明白Future只是一个接口，我们无法直接创建对象，因此就需要其实现类FutureTask登场啦。

3.FutureTask类

我们先来看看FutureTask的实现

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 print?

1. public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {  

FutureTask类实现了RunnableFuture接口，我们看一下RunnableFuture接口的实现：

[java] view plain copy

 

 print?

1. public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {  
2.     void run();  
3. }  

分析：FutureTask除了实现了Future接口外还实现了Runnable接口，因此FutureTask也可以直接提交给Executor执行。 当然也可以调用线程直接执行（FutureTask.run()）。接下来我们根据FutureTask.run()的执行时机来分析其所处的3种状态：

（1）未启动，FutureTask.run()方法还没有被执行之前，FutureTask处于未启动状态，当创建一个FutureTask，而且没有执行FutureTask.run()方法前，这个FutureTask也处于未启动状态。

（2）已启动，FutureTask.run()被执行的过程中，FutureTask处于已启动状态。

（3）已完成，FutureTask.run()方法执行完正常结束，或者被取消或者抛出异常而结束，FutureTask都处于完成状态。

下面我们再来看看FutureTask的方法执行示意图（方法和Future接口基本是一样的，这里就不过多描述了）

分析：

（1）当FutureTask处于未启动或已启动状态时，如果此时我们执行FutureTask.get()方法将导致调用线程阻塞；当FutureTask处于已完成状态时，执行FutureTask.get()方法将导致调用线程立即返回结果或者抛出异常。

（2）当FutureTask处于未启动状态时，执行FutureTask.cancel()方法将导致此任务永远不会执行。

当FutureTask处于已启动状态时，执行cancel(true)方法将以中断执行此任务线程的方式来试图停止任务，如果任务取消成功，cancel(...)返回true；但如果执行cancel(false)方法将不会对正在执行的任务线程产生影响(让线程正常执行到完成)，此时cancel(...)返回false。

当任务已经完成，执行cancel(...)方法将返回false。

最后我们给出FutureTask的两种构造函数：

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 print?

1. public FutureTask(Callable<V> callable) {  
2. }  
3. public FutureTask(Runnable runnable, V result) {  
4. }  

3.Callable<V>/Future<V>/FutureTask的使用

通过上面的介绍，我们对Callable，Future，FutureTask都有了比较清晰的了解了，那么它们到底有什么用呢？我们前面说过通过这样的方式去创建线程的话，最大的好处就是能够返回结果，加入有这样的场景，我们现在需要计算一个数据，而这个数据的计算比较耗时，而我们后面的程序也要用到这个数据结果，那么这个时Callable岂不是最好的选择？我们可以开设一个线程去执行计算，而主线程继续做其他事，而后面需要使用到这个数据时，我们再使用Future获取不就可以了吗？下面我们就来编写一个这样的实例

3.1 使用Callable+Future获取执行结果

Callable实现类如下：

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 print?

1. package com.zejian.Executor;  
2. import java.util.concurrent.Callable;  
3. /** 
4.  * @author zejian 
5.  * @time 2016年3月15日 下午2:02:42 
6.  * @decrition Callable接口实例 
7.  */  
8. public class CallableDemo implements Callable<Integer> {  
9.       
10.     private int sum;  
11.     @Override  
12.     public Integer call() throws Exception {  
13.         System.out.println("Callable子线程开始计算啦！");  
14.         Thread.sleep(2000);  
15.           
16.         for(int i=0 ;i<5000;i++){  
17.             sum=sum+i;  
18.         }  
19.         System.out.println("Callable子线程计算结束！");  
20.         return sum;  
21.     }  
22. }  

Callable执行测试类如下：

 

 

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 print?

1. package com.zejian.Executor;  
2. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
3. import java.util.concurrent.Executors;  
4. import java.util.concurrent.Future;  
5. /** 
6.  * @author zejian 
7.  * @time 2016年3月15日 下午2:05:43 
8.  * @decrition callable执行测试类 
9.  */  
10. public class CallableTest {  
11.       
12.     public static void main(String[] args) {  
13.         //创建线程池  
14.         ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();  
15.         //创建Callable对象任务  
16.         CallableDemo calTask=new CallableDemo();  
17.         //提交任务并获取执行结果  
18.         Future<Integer> future =es.submit(calTask);  
19.         //关闭线程池  
20.         es.shutdown();  
21.         try {  
22.             Thread.sleep(2000);  
23.         System.out.println("主线程在执行其他任务");  
24.           
25.         if(future.get()!=null){  
26.             //输出获取到的结果  
27.             System.out.println("future.get()-->"+future.get());  
28.         }else{  
29.             //输出获取到的结果  
30.             System.out.println("future.get()未获取到结果");  
31.         }  
32.           
33.         } catch (Exception e) {  
34.             e.printStackTrace();  
35.         }  
36.         System.out.println("主线程在执行完成");  
37.     }  
38. }  

 

执行结果：

Callable子线程开始计算啦！ 主线程在执行其他任务 Callable子线程计算结束！ future.get()-->12497500 主线程在执行完成

3.2 使用Callable+FutureTask获取执行结果

[java] view plain copy

 

 print?

1. package com.zejian.Executor;  
2. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
3. import java.util.concurrent.Executors;  
4. import java.util.concurrent.Future;  
5. import java.util.concurrent.FutureTask;  
6. /** 
7.  * @author zejian 
8.  * @time 2016年3月15日 下午2:05:43 
9.  * @decrition callable执行测试类 
10.  */  
11. public class CallableTest {  
12.       
13.     public static void main(String[] args) {  
14. //      //创建线程池  
15. //      ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();  
16. //      //创建Callable对象任务  
17. //      CallableDemo calTask=new CallableDemo();  
18. //      //提交任务并获取执行结果  
19. //      Future<Integer> future =es.submit(calTask);  
20. //      //关闭线程池  
21. //      es.shutdown();  
22.           
23.         //创建线程池  
24.         ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();  
25.         //创建Callable对象任务  
26.         CallableDemo calTask=new CallableDemo();  
27.         //创建FutureTask  
28.         FutureTask<Integer> futureTask=new FutureTask<>(calTask);  
29.         //执行任务  
30.         es.submit(futureTask);  
31.         //关闭线程池  
32.         es.shutdown();  
33.         try {  
34.             Thread.sleep(2000);  
35.         System.out.println("主线程在执行其他任务");  
36.           
37.         if(futureTask.get()!=null){  
38.             //输出获取到的结果  
39.             System.out.println("futureTask.get()-->"+futureTask.get());  
40.         }else{  
41.             //输出获取到的结果  
42.             System.out.println("futureTask.get()未获取到结果");  
43.         }  
44.           
45.         } catch (Exception e) {  
46.             e.printStackTrace();  
47.         }  
48.         System.out.println("主线程在执行完成");  
49.     }  
50. }  

执行结果：

Callable子线程开始计算啦！ 主线程在执行其他任务 Callable子线程计算结束！ futureTask.get()-->12497500 主线程在执行完成

主要参考资料：

java并发编程的艺术

相关文章：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3949310.html

 

 

 

 

 

 

 

 

创建一个futureTask对象task
提交task到调度器executor等待调度或者在另外一个线程中执行task

等待调度中...

如果此时currentThread调取执行结果task.get(),会有几种情况
if task 还没有被executor调度或正在执行中
    阻塞当前线程，并加入到一个阻塞链表中waitNode
else if task被其它Thread取消，并取消成功 或task处于中断状态
    throw exception
else if task执行完毕，返回执行结果，或执行存在异常，返回异常信息
    
        
如果此时有另外一个线程调用task.get()
    
执行过程同上