Java Future模式:Callable、Future和FutureTask浅析

前言

在Java中一般通过继承Thread类或者实现Runnable接口这两种方式来创建多线程,但是这两种方式都有个缺陷,就是不能在执行完成后获取执行的结果,因此Java 1.5之后提供了CallableFuture接口,通过它们就可以在任务执行完毕之后得到任务的执行结果。本文会简要的介绍使用方法,然后会从源代码角度分析下具体的实现原理。

Callable接口

对于需要执行的任务需要实现Callable接口,Callable接口定义如下:

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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;
}

可以看到Callable是个泛型接口,泛型V就是要call()方法返回的类型。Callable接口和Runnable接口很像,都可以被另外一个线程执行,但是正如前面所说的,Runnable不会返回数据也不能抛出异常。

Future接口

Future接口代表异步计算的结果,通过Future接口提供的方法可以查看异步计算是否执行完成,或者等待执行结果并获取执行结果,同时还可以取消执行。Future接口的定义如下:

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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;
}

方法解析:

  • cancel():用来取消异步任务的执行。如果异步任务已经完成或者已经被取消,或者由于某些原因不能取消,则会返回false。如果任务还没有被执行,则会返回true并且异步任务不会被执行。如果任务已经开始执行了但是还没有执行完成,若mayInterruptIfRunning为true,则会立即中断执行任务的线程并返回true,若mayInterruptIfRunning为false,则会返回true且不会中断任务执行线程。
  • isCanceled():判断任务是否被取消,如果任务在结束(正常执行结束或者执行异常结束)前被取消则返回true,否则返回false。
  • isDone():判断任务是否已经完成,如果完成则返回true,否则返回false。需要注意的是:任务执行过程中发生异常、任务被取消也属于任务已完成,也会返回true。
  • get():获取任务执行结果,如果任务还没完成则会阻塞等待直到任务执行完成。如果任务被取消则会抛出CancellationException异常,如果任务执行过程发生异常则会抛出ExecutionException异常,如果阻塞等待过程中被中断则会抛出InterruptedException异常。
  • get(long timeout,Timeunit unit):带超时时间的get()版本,如果阻塞等待过程中超时则会抛出TimeoutException异常。

FutureTask实现类

Future只是一个接口,不能直接用来创建对象,FutureTaskFuture的实现类,FutureTask的继承图如下:

可以看到,FutureTask实现了RunnableFuture接口,则RunnableFuture接口继承了Runnable接口和Future接口,所以FutureTask既能当做一个Runnable直接被Thread执行,也能作为Future用来得到Callable的计算结果。

举个栗子

FutureTask一般配合ExecutorService来使用,也可以直接通过Thread来使用。

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public class UseFuture {

public static void main(String[] args) throws Exception {

/**
* 第一种方式:Future + ExecutorService
* Task task = new Task();
* ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
* Future<Integer> future = service.submit(task1);
* service.shutdown();
*/


/**
* 第二种方式: FutureTask + ExecutorService
* ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
* Task task = new Task();
* FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);
* executor.submit(futureTask);
* executor.shutdown();
*/

/**
* 第三种方式:FutureTask + Thread
*/
// 2. 新建FutureTask,需要一个实现了Callable接口的类的实例作为构造函数参数
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new Task());
// 3. 新建Thread对象并启动
Thread thread = new Thread(futureTask);
thread.setName("Task thread");
thread.start();

try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

System.out.println("Thread [" + Thread.currentThread().getName() + "] is running");

// 4. 调用isDone()判断任务是否结束
if (!futureTask.isDone()) {
System.out.println("Task is not done");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
int result = 0;
try {
// 5. 调用get()方法获取任务结果,如果任务没有执行完成则阻塞等待
result = futureTask.get();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}

System.out.println("result is " + result);

}

// 1. 继承Callable接口,实现call()方法,泛型参数为要返回的类型
static class Task implements Callable<Integer> {

@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("Thread [" + Thread.currentThread().getName() + "] is running");
int result = 0;
for (int i = 0; i < 100; ++i) {
result += i;
}

Thread.sleep(3000);
return result;
}
}
}

运行结果:

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Thread [Task thread] is running
Thread [main] is running
Task is not done
result is 4950

总结

FutureTask的实现还是比较简单的,当用户实现Callable接口定义好任务之后,把任务交给其他线程进行执行。FutureTask内部维护一个任务状态,任何操作都是围绕着这个状态进行,并随时更新任务状态。任务发起者调用get*()获取执行结果的时候,如果任务还没有执行完毕,则会把自己放入阻塞队列中然后进行阻塞等待。当任务执行完成之后,任务执行线程会依次唤醒阻塞等待的线程。调用cancel()取消任务的时候也只是简单的修改任务状态,如果需要中断任务执行线程的话则调用Thread.interrupt()中断任务执行线程。


参考文章
深入学习 FutureTask

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