一、前言
最近一直在研究Java并发‘’相关的知识，从Thread到ThreadPoolExecutor，从synchronize到AQS。此次研究一下 FutureTask以及其相关的类的工作方式，与FutureTask相关的类包括：Callable、Runnable、Future和ThreadPoolExecutor等，我们一点一点的来慢慢引入。
二、Callable 和 Runnable
2.1 Runnable
Runnable 是一个接口，它只有一个 run 方法。关于这个接口存在的意义，有一篇文章中说的非常贴切。
创建线程最重要的是传递一个run()方法, 这个run方法定义了这个线程要做什么事情, 它被抽象成了Runnable接口。
这句话可以作为理解接口的一种角度，接口的本质是定义规则，以及这些规则包含哪些动作。对于 Runnable 接口，它就定义了一个规则 —— 可运行。
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
从方法中可以看出，Runnable 中的run方法没有返回值，也无法抛出异常。这就意味着，我们用Runnable，就只能去执行一个没有反馈的任务，任务是否执行完毕，执行过程中是否存在异常，主线程无法感知到，全凭 Runnable 自己去处理。如果我们遇到使用多线程去做结果归纳的需求该怎么办？我们希望主线程在子线程执行完毕后拿到子线程的计算结果，进行归纳。
2.2 Callable
Callable 也是一个接口，这个接口所定义的规则是 call 方法。
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;
}
对比Callable接口与Runnable接口, 我们可以发现它们最大的不同点在于:
- Callable有返回值
- Callable可以抛出异常
关于有返回值这点，我们并不意外，因为这就是我们的需求，call方法的返回值类型采用的泛型，该类型是我们在创建Callable对象的时候指定的。
除了有返回值外，相较于Runnable接口，Callable还可以抛出异常，这点看上去好像没啥特别的，但是却有大用处——这意味着如果在任务执行过程中发生了异常，我们可以将它向上抛出给任务的调用者来妥善处理，我们甚至可以利用这个特性来中断一个任务的执行。而Runnable接口的run方法不能抛出异常，只能在方法内部catch住处理，丧失了一定的灵活性。
好了，既然Callable可以返回运算结果，我们来尝试获取一下：
public static void main(String[] args) {
Callable<String> myCallable = () -> {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (Exception e) {
}
return "done";
};
System.out.println("callable 开始执行");
try {
String result = myCallable.call();
System.out.println("Callable 执行的结果是: " + result);
} catch (Exception e) {
System.out.println("There is a exception.");
}
}
我们成功的调用了call方法，并且拿到了执行结束的结果“done”，看样子像是满足了前面的需求。但是还存在几个问题：
- call方法是在当前线程中直接调用的, 无法利用多线程。
- call方法可能是一个特别耗时的操作, 这将导致程序停在myCallable.call()调用处, 无法继续运行, 直到call方法返回。
- 如果call方法始终不返回, 我们没办法中断它的运行。
实际上这段代码自始至终只有主线程一条线程去完成这件事的。因此, 理想的操作应当是, 我们将call方法提交给另外一个线程执行, 并在合适的时候, 判断任务是否完成, 然后获取线程的执行结果或者撤销任务, 这种思路的实现就是Future接口。
三、Future
Future接口被设计用来代表一个异步操作的执行结果。你可以用它来获取一个操作的执行结果、取消一个操作、判断一个操作是否已经完成或者是否被取消。
public interface Future<V> {
V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
boolean isCancelled();
boolean isDone();
}
Future接口一共定义了5个方法：
- get()：该方法用来获取执行结果, 如果任务还在执行中, 就阻塞等待;
- get(long timeout, TimeUnit unit)：该方法同get方法类似, 所不同的是, 它最多等待指定的时间, 如果指定时间内任务没有完成, 则会抛出TimeoutException异常;
- cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：该方法用来尝试取消一个任务的执行, 它的返回值是boolean类型, 表示取消操作是否成功.
- isCancelled()：该方法用于判断任务是否被取消了。如果一个任务在正常执行完成之前被cancel掉了, 则返回true
- isDone()：如果一个任务已经结束, 则返回true。注意, 这里的任务结束包含了以下三种情况:
- 任务正常执行完毕
- 任务抛出了异常
- 任务已经被取消
3.1 cancel 方法需要注意的地方
关于cancel方法，这里要补充说几点：
首先有以下三种情况之一的，cancel操作一定是失败的：
-
任务已经执行完成了
-
任务已经被取消过了
-
任务因为某种原因不能被取消
其它情况下，cancel操作将返回true。值得注意的是，cancel操作返回true并不代表任务真的就是被取消了，这取决于发动cancel状态时任务所处的状态： -
如果发起cancel时任务还没有开始运行，则随后任务就不会被执行；
-
如果发起cancel时任务已经在运行了，则这时就需要看mayInterruptIfRunning参数了：
- 如果mayInterruptIfRunning 为true, 则当前在执行的任务会被中断
- 如果mayInterruptIfRunning 为false, 则可以允许正在执行的任务继续运行，直到它执行完
总结来说，Future提供了三种功能：
- 判断任务是否完成；
- 能够中断任务；
- 能够获取任务执行结果。
我们回顾一下我们的需求：
我们将call方法提交给另外一个线程执行, 并在合适的时候, 判断任务是否完成, 然后获取线程的执行结果或者撤销任务。
我们需要将 Callable 交给线程池，让线程池去开启一条子线程去执行 call方法，并借助 Future 去操作任务。我们看一下具体用法：
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
5,
10,
200,
TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<>(5),
new ThreadFactoryBuilder().build(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
Map<String, String> map = Maps.newHashMap();
Future<Map<String, String>> future1 = executor.submit(() -> {
Thread.sleep(3000);
Map<String, String> map1 = Maps.newHashMap();
map1.put("name", "zhangsan");
System.out.println("子线程执行完毕");
return map1;
});
executor.shutdown();
System.out.println("---main over---");
map.putAll(future1.get());
System.out.println("result: " + map);
}
执行中取消：
private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
5,
10,
200,
TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<>(5),
new ThreadFactoryBuilder().build(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
cancelWhenRunning();
}
private static void cancelWhenRunning() throws ExecutionException, InterruptedException {
Map<String, String> map = Maps.newHashMap();
Future<Map<String, String>> future1 = executor.submit(() -> {
Thread.sleep(3000);
Map<String, String> map1 = Maps.newHashMap();
map1.put("name", "zhangsan");
System.out.println("子线程执行完毕");
return map1;
});
executor.shutdown();
System.out.println("---main over---");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (Exception e) {
}
future1.cancel(true);
map.putAll(future1.get());
System.out.println("result: " + map);
}
执行结果：
---main over---
Exception in thread "main" java.util.concurrent.CancellationException
at java.util.concurrent.FutureTask.report(FutureTask.java:121)
at java.util.concurrent.FutureTask.get(FutureTask.java:192)
at com.angryjoe.concurrency.treadpool.futrue.FutrueApp2.cancelWhenRunning(FutrueApp2.java:58)
at com.angryjoe.concurrency.treadpool.futrue.FutrueApp2.main(FutrueApp2.java:21)
mayInterruptIfRunning 为 true，子线程没有执行完成，就被取消掉了。取消之后在调用 get 方法则会抛出异常。
如果mayInterruptIfRunning 为 false，可以发现，取消之后在调用 get 方法依然会抛出异常，但是子线程可以执行结束。
---main over---
Exception in thread "main" java.util.concurrent.CancellationException
at java.util.concurrent.FutureTask.report(FutureTask.java:121)
at java.util.concurrent.FutureTask.get(FutureTask.java:192)
at com.angryjoe.concurrency.treadpool.futrue.FutrueApp2.cancelWhenRunning(FutrueApp2.java:58)
at com.angryjoe.concurrency.treadpool.futrue.FutrueApp2.main(FutrueApp2.java:21)
子线程执行完毕
四、FutureTask
FutureTask是Future接口的一个实现类。
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：
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
void run();
}
FutureTask实现了该接口，也就是相当于它同时实现了Runnable接口和Future接口，所以它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值。
有的同学可能会对这个接口产生疑惑，既然已经继承了Runnable，该接口自然就继承了run方法，为什么要在该接口的内部再写一个run方法？
单纯从理论上来说，这里确实是没有必要的，再多写一遍，我觉得大概就是为了看上去直观一点，便于文档或者UML图展示。
实际上 FutureTask 与 Future 的用法区别不大：
private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
5,
10,
200,
TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<>(5),
new ThreadFactoryBuilder().build(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
futureTask();
}
private static void futureTask() throws ExecutionException, InterruptedException {
Map<String, String> map = Maps.newHashMap();
FutureTask<Map<String, String>> mapFutureTask = new FutureTask<>(() -> {
Thread.sleep(3000);
Map<String, String> map1 = Maps.newHashMap();
map1.put("name", "zhangsan");
System.out.println("子线程执行完毕");
return map1;
});
executor.submit(mapFutureTask);
executor.shutdown();
System.out.println("---main over---");
map.putAll(mapFutureTask.get());
System.out.println("result: " + map);
}
执行结果与 Future 无异。通过看demo可发现两点不同：
- 在使用 Future 时，我们是直接将 Callable 交给线程池去执行 submit 方法，而且要获取 submit 的返回值 Future
- 在使用 FutureTask 时，我们先将 Callable 交给 FutureTask，然后再将 FutureTask 交给线程池去执行 submit 方法，此处就不需要 submit 的返回值
五、总结
本文层层介绍 Callable、Future、FutureTask的基本特征和使用方法。下一篇将跟随 FutureTask的源码来探究其工作原理。
PS：当然，我自己是无法写出很浅显易懂富有条理的文章，所以当然有参考~
https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3949310.html
https://segmentfault.com/a/1190000016542779#item-2-1
这两篇文章讲的非常好，此处推荐阅读原文。
（侵删）
如果有解释不清或者缺失的地方，还望在下方留言，大家一起学习，一起交流，一起进步。
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