Java Future的实现原理

在项目中使用了future类来实现数据的异步存取来提高时间效率，@Async public Future<List<RecordHourPingEntity>> queryDayList(Map<String, Object> map){ return new AsyncResult<> (recordHourPingDao.queryDayList(map)); }但是究竟是怎么实现的呢？为什么线程之间知道对方已经存取完毕？
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Callable和Future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。
本文以Java 1.7的代码进行分析。

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:

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;
}

• cancel():cancel()方法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

Future只是一个接口，不能直接用来创建对象，FutureTask是Future的实现类。
使用方法：

/**
 * 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();

先从FutureTask的构造函数看起，FutureTask有两个构造函数，其中一个如下：

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

这个构造函数会把传入的Callable变量保存在this.callable字段中，该字段定义为private Callable<V> callable;用来保存底层的调用，在被执行完成以后会指向null,接着会初始化state字段为NEW。state字段用来保存FutureTask内部的任务执行状态，一共有7中状态，每种状态及其对应的值如下：

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;

其中需要注意的是state是volatile类型的，也就是说只要有任何一个线程修改了这个变量，那么其他所有的线程都会知道最新的值。

• NEW:表示是个新的任务或者还没被执行完的任务。这是初始状态。
• COMPLETING:任务已经执行完成或者执行任务的时候发生异常，但是任务执行结果或者异常原因还没有保存到outcome字段(outcome字段用来保存任务执行结果，如果发生异常，则用来保存异常原因)的时候，状态会从NEW变更到COMPLETING。但是这个状态会时间会比较短，属于中间状态。
• NORMAL:任务已经执行完成并且任务执行结果已经保存到outcome字段，状态会从COMPLETING转换到NORMAL。这是一个最终态。
• EXCEPTIONAL:任务执行发生异常并且异常原因已经保存到outcome字段中后，状态会从COMPLETING转换到EXCEPTIONAL。这是一个最终态。
• CANCELLED:任务还没开始执行或者已经开始执行但是还没有执行完成的时候，用户调用了cancel(false)方法取消任务且不中断任务执行线程，这个时候状态会从NEW转化为CANCELLED状态。这是一个最终态。
• INTERRUPTING: 任务还没开始执行或者已经执行但是还没有执行完成的时候，用户调用了cancel(true)方法取消任务并且要中断任务执行线程但是还没有中断任务执行线程之前，状态会从NEW转化为INTERRUPTING。这是一个中间状态。
• INTERRUPTED:调用interrupt()中断任务执行线程之后状态会从INTERRUPTING转换到INTERRUPTED。这是一个最终态。
  有一点需要注意的是，所有值大于COMPLETING的状态都表示任务已经执行完成(任务正常执行完成，任务执行异常或者任务被取消)。
  另外一个构造函数如下，

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

这个构造函数会把传入的Runnable封装成一个Callable对象保存在callable字段中，同时如果任务执行成功的话就会返回传入的result。这种情况下如果不需要返回值的话可以传入一个null。

run方法

run()方法首先会
1、判断当前任务的state是否等于NEW,如果不为NEW则说明任务或者已经执行过，或者已经被取消，直接返回。
2、如果状态为NEW则接着会通过unsafe类把任务执行线程引用CAS的保存在runner字段中，如果保存失败，则直接返回。
3、执行任务。
4、如果任务执行发生异常，则调用setException()方法保存异常信息。
5、如果任务成功执行则调用set()方法设置执行结果

更多内容请查看：
深入学习FutureTask