Future类使用以及原理

Posted 2020-12-26 gxyandwmm

1、Future Callable FutureTask 源码说明

　　JDK内置的Future主要使用到了Callable接口和FutureTask类。

　　Callable是类似于Runnable的接口，实现Callable接口的类和实现Runnable的类都是可被其他线程执行的任务。Callable接口的定义如下：

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;
}

　　Callable的类型参数是返回值的类型。例如：

Callable<Integer>表示一个最终返回Integer对象的异步计算。

　　Future保存异步计算的结果。实际应用中可以启动一个计算，将Future对象交给某个线程，然后执行其他操作。Future对象的所有者在结果计算好之后就可以获得它。Future接口具有下面的方法：

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;
}

　

get & get(long timeout, TimeUnit unit)

　　第一个get方法的调用被阻塞，直到计算完成。如果在计算完成之前，第二个get方法的调用超时，抛出一个TimeoutException异常。如果运行该计算的线程被中断，两个方法都将抛出InterruptedException。如果计算已经完成，那么get方法立即返回。

isDone

　　如果计算还在进行，isDone方法返回false；如果完成了，则返回true。

cancel:

　　可以用cancel方法取消该计算。如果计算还没有开始，它被取消且不再开始。如果计算处于运行之中，那么如果mayInterrupt参数为true，它就被中断。

　　true : 任务状态= INTERRUPTING = 5。如果任务已经运行，则强行中断。如果任务未运行，那么则不会再运行

　　false：CANCELLED = 4。如果任务已经运行，则允许运行完成（但不能通过get获取结果）。如果任务未运行，那么则不会再运行

isCancelled
　 判断是够被取消；

　　FutureTask包装器是一种非常便利的机制，同时实现了Future和Runnable接口。FutureTask有2个构造方法

public FutureTask(Callable<V> callable) {
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        this.callable = callable;
        this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
    }

public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
    this.callable = Executors.callable(runnable, result);
    this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
}

下面具体分析下FutureTask的实现，先看JDK8的，再比较一下JDK6的实现。

既然FutureTask也是一个Runnable，那就看看它的run方法

public void run() {
        if (state != NEW ||
            !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                         null, Thread.currentThread()))
            return;
        try {
            Callable<V> c = callable; // 这里的callable是从构造方法里面传人的
            if (c != null && state == NEW) {
                V result;
                boolean ran;
                try {
                    result = c.call();
                    ran = true;
                } catch (Throwable ex) {
                    result = null;
                    ran = false;
                    setException(ex); // 保存call方法抛出的异常
                }
                if (ran)
                    set(result); // 保存call方法的执行结果
            }
        } 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);
        }
    }

 

这里表示状态的属性state是个什么鬼

     // Possible state transitions:

　　　　//1）执行过程顺利完成：NEW -> COMPLETING -> NORMAL

　　　　//2）执行过程出现异常：NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL

　　　　//3）执行过程被取消：NEW -> CANCELLED

　　　　//4）执行过程中，线程中断：NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED

    private volatile int state;
    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;

 

get方法：

    public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
        int s = state;
        if (s <= COMPLETING)
            s = awaitDone(false, 0L);
        return report(s);
    }

    private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException {
        final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
        WaitNode q = null;
        boolean queued = false;
        for (;;) {
/** 这里的if else的顺序也是有讲究的。 
1.先判断线程是否中断，中断则从队列中移除(也可能该线程不存在于队列中)
 2.判断当前任务是否执行完成，执行完成则不再阻塞，直接返回。 
3.如果任务状态=COMPLETING，证明该任务处于已执行完成，正在切换任务执行状态，CPU让出片刻即可
 4.q==null，则证明还未创建节点，则创建节点 
5.q节点入队 
6和7.阻塞 **/

            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);
        }
    }

可以看到get方法中使用了for循环，在任务没有执行完成return之前，一直处于阻塞状态，通过阻塞当前线程，直至run方法执行完成，state状态变为大于 COMPLETING

下边看一下report方法；

private V report(int s) throws ExecutionException {
        Object x = outcome;
        if (s == NORMAL)
            return (V)x;
        if (s >= CANCELLED)
            throw new CancellationException();
        throw new ExecutionException((Throwable)x);
    }

cancel方法：

 mayInterruptIfRunning用来决定任务的状态。
    true : 任务状态= INTERRUPTING = 5。如果任务已经运行，则强行中断。如果任务未运行，那么则不会再运行
    false：CANCELLED    = 4。如果任务已经运行，则允许运行完成（但不能通过get获取结果）。如果任务未运行，那么则不会再运行
    **/
    public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
        if (state != NEW)
            return false;
        if (mayInterruptIfRunning) {
            if (!UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, INTERRUPTING))
                return false;
            Thread t = runner; //调用 Thread.interrupt()强行中断
            if (t != null)
                t.interrupt();
            UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, INTERRUPTED); // final state
        }
        else if (!UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, CANCELLED))
            return false;
        finishCompletion(); //如果任务已经执行 则执行完成（但不能通过get获取结果）

　　　　　return true; 
}