Callable与Runnable的区别及其在JDK源码中的应用
Posted 她说巷尾的樱花开了
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Callable与Runnable的区别及其在JDK源码中的应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
最近在学习java多线程方面的东西，在此希望把自己学到的东西做做总结，要想搞清楚实现原理，源码是最好的老师，因此这篇我打算从实践+源码角度来进行分析以下几个问题：
(1)：Callable与Runnable的区别；
(2)：Callable与Runnable的使用，并且通过Future对象获取Callable的返回值；
(3)：JDK源码中对于Callable与Runnable是怎么使用的呢？
首先我们来看看源码中是怎么解释Callable和Runnable区别的：
Callable与Runnable的区别：
* <p>The <tt>Callable</tt> interface is similar to {@link
* java.lang.Runnable}, in that both are designed for classes whose
* instances are potentially executed by another thread. A
* <tt>Runnable</tt>, however, does not return a result and cannot
* throw a checked exception.(1)：Callcble是可以有返回值的，具体的返回值就是在Callable的接口方法call返回的，并且这个返回值具体是通过实现Future接口的对象的get方法获取的，这个方法是会造成线程阻塞的；而Runnable是没有返回值的，因为Runnable接口中的run方法是没有返回值的；
(2)：Callable里面的call方法是可以抛出异常的，我们可以捕获异常进行处理；但是Runnable里面的run方法是不可以抛出异常的，异常要在run方法内部必须得到处理，不能向外界抛出；
Callable与Runnable的使用实例，同时使用Future对象获取Callable中call方法的返回值：
对于Callable的使用，有两种方式可以实现：
方式1：通过单线程的方式我们自己实现，首先创建一个FutureTask对象，在创建FutureTask对象的时候，需要传入一个实现了Callable接口的对象，接着以该FutureTask作为Thread的参数，调用Thread的start方法开启线程执行任务，最后使用FutureTask的get方法获取到任务的返回值就可以了；那么为什么FutureTask对象可以作为Thread的参数呢？原因就在于FutureTask类实现了RunnableFuture接口，而RunnableFuture接口实现了Runnable和Future接口，那么当然可以作为Thread的参数了，我们来看看这种实现方式；
public class CallableTest {
public static void main(String[] args) {
//创建实现了Callable接口的对象
MyCallable callable = new MyCallable();
//将实现Callable接口的对象作为参数创建一个FutureTask对象
FutureTask<String> task = new FutureTask<>(callable);
//创建线程处理当前callable任务
Thread thread = new Thread(task);
//开启线程
System.out.println("开始执行任务的时间: "+getNowTime());
thread.start();
//获取到call方法的返回值
try {
String result = task.get();
System.out.println("得到返回值: "+result);
System.out.println("结束执行get的时间: "+getNowTime());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static String getNowTime()
{
SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
return format.format(new Date());
}
}
class MyCallable implements Callable<String>
{
@Override
public String call() throws Exception {
Thread.sleep(3000);
return "call method result";
}
}
开始执行任务的时间: 2016-08-31 12:21:43
得到返回值: call method result
结束执行get的时间: 2016-08-31 12:21:46方式2：采用线程池的方式，我们可以使用线程池的方式来将当前实现Callable任务通过ThreadPoolExecutor的submit方法添加到线程池，submit方法会返回一个FutureTask对象，而FutureTask是实现了Future接口的，我们可以使用submit返回的FutureTask对象的get方法获取到任务的返回值，其实等会在源码分析的过程中你会发现线程池实现方式只是对我们自己采用线程方式实现的一种封装而已，没什么特别的啦；
public class CallableTest {
public static void main(String[] args) {
//创建实现了Callable接口的对象
MyCallable callable = new MyCallable();
//创建用于处理任务的线程池
ThreadPoolExecutor threadPool = (ThreadPoolExecutor) Executors.newFixedThreadPool(2);
//将任务添加到线程池中并且获得返回的FutureTask对象
System.out.println("提交任务的时间: "+getNowTime());
FutureTask<String> task = (FutureTask<String>) threadPool.submit(callable);
//获取到call方法的返回值
try {
String result = task.get();
System.out.println("得到返回值: "+result);
System.out.println("结束执行get的时间: "+getNowTime());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static String getNowTime()
{
SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
return format.format(new Date());
}
}
class MyCallable implements Callable<String>
{
@Override
public String call() throws Exception {
Thread.sleep(3000);
return "call method result";
}
}
提交任务的时间: 2016-08-31 14:44:09
得到返回值: call method result
结束执行get的时间: 2016-08-31 14:44:12
使用Runnable处理任务的情况：
public class RunnableTest {
public static void main(String[] args) {
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
System.out.println("开始执行任务时间: "+getNowTime());
thread.start();
System.out.println("启动任务之后时间: "+getNowTime());
}
public static String getNowTime()
{
SimpleDateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
return format.format(new Date());
}
}
class MyRunnable implements Runnable
{
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
开始执行任务时间: 2016-08-31 14:36:01
启动任务之后时间: 2016-08-31 14:36:01至此，我们有三个疑问需要解答，(1)：使用Callable的过程中是怎样通过Future对象来获取返回值的，虽然从方法上讲调用Future的get方法就可以了，但是这个get方法里面的值是怎么来的；(2)：为什么Future的get方法会带来阻塞问题；(3)：采用线程池的方式处理Callable任务，JDK为我们封装了什么？下面从源码角度一一解答：
首先来看第一和第二个问题：
我们以自己定义线程使用Callable为例，在调用了线程的start方法之后会使得该线程处于就绪状态，有了竞争CPU时间片的权限，当分配到时间片之后，就会执行创建他的参数的run方法，也就是FutureTask的run方法，查看FutureTask的run方法如下：
public void run() {
if (state != NEW ||
!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
null, Thread.currentThread()))
return;
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);
}
if (ran)
set(result);
}
} 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);
}
}第12行执行了c的call方法，而c就是我们在创建FutureTask对象的时候传递进来的实现了Callable接口的对象，也就是执行了我们任务的逻辑操作了，将返回的结果赋值给了result，并且在不发生异常的情况下会执行第20行的set方法，来看set方法：
protected void set(V v) {
if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
outcome = v;
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
finishCompletion();
}
}
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
int s = state;
if (s <= COMPLETING)
s = awaitDone(false, 0L);
return report(s);
}
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;
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);
}
}
那么get调用了LockSupport.park将自己锁住了，那么由谁来解锁呢？答案就是在set方法里面了，在刚刚的set方法的最后会执行finishCompletion方法，这个方法其实就是来解锁的啦：
private void finishCompletion() {
// assert state > COMPLETING;
for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
for (;;) {
Thread t = q.thread;
if (t != null) {
q.thread = null;
LockSupport.unpark(t);
}
WaitNode next = q.next;
if (next == null)
break;
q.next = null; // unlink to help gc
q = next;
}
break;
}
}
done();
callable = null; // to reduce footprint
}
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
int s = state;
if (s <= COMPLETING)
s = awaitDone(false, 0L);
return report(s);
}
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);
}那么最后一个问题就是使用线程池方式获得Callable返回值的话，JDK为我们封装了什么？
首选当然应该从submit方法看起了，这个方法是在AbstractExecutorService类里面的：
public Future<?> submit(Runnable task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
execute(ftask);
return ftask;
}
protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
return new FutureTask<T>(callable);
}到此，使用线程池来获得Callable任务返回值的神秘面纱被揭开了，即使我们自己没有显式创建FutureTask对象，但是JDK为我们创建了一个出来，之后的执行过程就和我们自己创建线程实现一致啦；
至此，我对于Callable和Runnable的总结结束啦，谢谢大家访问！
以上是关于Callable与Runnable的区别及其在JDK源码中的应用的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章