创建线程都有哪些方式？— Callable篇

Posted 2020-12-18 niceyoo

今天我们来看一道面试题引发的思考

问： 创建线程都有哪些方式？

答： 我了解的有四种创建方式：

1. 继承Thread类创建线程类
2. 通过Runnable接口创建线程类
3. 通过Callable和Future创建线程
4. 通过线程池创建

相信大家回答这个问题没什么难度吧？通常问完创建方式，那么接下来就是问「1、2」跟「3」创建方式的不同了，只要说出「3」有返回值基本这个问题就过了，不管是出于好奇还是疑惑，我们今天来会会这个Callable。

实现Runnable接口或者是继承Thread，这两种方式都有个缺点，那就是在线程执行完之后无法获得返回值，所谓的返回值在这举个例子，比如有一个下载功能，下载某个界面的所有图片，图片下载完之后要返回给用户用于展示，如果我们采用方式1、2的话，显然很难实现，所以我们可以采用实现Callbale接口，并用Future接收多线程的执行结果来实现，具体代码如下：

public class TestCallable {

    public static void main(String[] args) {

        DownImgThread demo = new DownImgThread();
        FutureTask<List<String>> futureTask = new FutureTask<>(demo);

        new Thread(futureTask).start();

        try {
            System.out.println("-----开始获取图片-----");
            List<String> imgs = futureTask.get();
            for (String img: imgs) {
                System.out.println("图片："+img);
            }
            System.out.println("-----获取图片结束-----");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

/**
 * 下载图片的线程DownImgThread
 */
public class DownImgThread implements Callable<List<String>> {

    @Override
    public List<String> call() throws Exception {
        List result = new ArrayList();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            result.add("https://sscai.club/img/a"+i+".jpg");
        }
        /**
         * 模拟3秒的网络请求操作
         */
        Thread.sleep(3000);
        return result;
    }
}

执行结果：

-----开始获取图片-----
图片：https://sscai.club/img/a0.jpg
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图片：https://sscai.club/img/a7.jpg
图片：https://sscai.club/img/a8.jpg
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-----获取图片结束-----

通过如上代码我门来看看Callable和Future是如何使用的，首先DownImgThread类(下载图片类)实现了Callable接口，接口后面携带一个泛型T，这个泛型T将用作返回值，我们来看一下 Callable 的接口定义：

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

如上，Callable接口只有一个 call() 方法，同时 call() 方法有一个返回值 V ，所以上边我们在实现 call() 方法时才能将返回值返回回去。在 call() 方法内部通过一个「for循环+休眠」模拟了网络请求的过程，然后将图片的集合返回。

我们再回到主线程main方法，整体代码还是比较清晰的，可能小伙伴对FutureTask有点陌生。

在了解FutureTask之前，我们先来了解一下Future。

Future

Future是用来获取异步计算结果的，这个结果是未来的，只有当结果最终处理完成后才会出现在Future中，我们来看一下Future接口的源码。

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;
}

解读这5个方法：

• boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：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。
• boolean isCancelled()：如果任务完成前被取消，则返回true。
• 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。
• 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，该方法将抛出异常。

总之，Future实际上提供了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的结果。

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。

FutureTask

用FutureTask来实现Future，但是这里并不是直接实现的，我们通过一张图来看一下之间的关系：

FutureTask代码中对应截图部分：

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

FutureTask实现了RunnableFuture接口，然后我们再来看一下RunnableFuture接口：

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

RunnableFuture同时实现了Runnable、Future这两个接口，也就是，既可以通过Runnable接口实现线程，也可以通过Fufure取得异步线程执行后的结果，因为实现了Runnable的缘故，那么FutureTask也可以直接提交给Executor执行，Executor接口代码如下：

public interface Executor {
    void execute(Runnable command);
}

这个地方为什么要提到Executor呢？

我们再回到最上边写的那个测试代码TestCallable中，有这么一行代码：new Thread(futureTask).start();，这段代码是用来创建并开启一个线程，但是问题来了，这种创建线程的方式是有很大弊端的：

• 每次new Thread新建对象性能差；
• 线程缺乏统一管理，可能无限制新建线程，相互之间竞争，及可能占用过多系统资源导致死机或OOM;
• 缺乏更多功能，如定时执行、定期执行、线程中断。

而通过Executor线程池的方式显然要效率很高。

至此，我们了解了Callable、Future、FutureTask，同时知道了Future跟FutureTask之间的关系，还间接地了解到FutureTask也可以直接提交给Executor执行，那么我们重新修改一下最开始的代码：

public class TestCallable {

    public static void main(String[] args) {

        /**创建Callable对象任务 **/
        DownImgThread demo = new DownImgThread();

        /**创建线程池**/
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

        /**提交任务并获取执行结果**/
        Future<List<String>> futureTask = executorService.submit(demo);
        
        /**关闭线程池**/
        executorService.shutdown();

        try {
            System.out.println("-----开始获取图片-----");
            List<String> imgs = futureTask.get();
            for (String img: imgs) {
                System.out.println("图片："+img);
            }
            System.out.println("-----获取图片结束-----");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

执行结果：

-----开始获取图片-----
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-----获取图片结束-----

眼尖的小伙伴，估计要开始吐槽创建线程池的方式了，是的阿里巴巴开发规范中强制要求「线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式」，所以也是给小伙伴留个作业，自己动手修改一下上方代码吧。

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