Java 多线程：获得线程的返回结果

Java 对多线程编程提供了内置的支持并提供了良好的 API，通过使用 Thread 和 Runnable 两个基础类，我们可以很方便的创建一个线程：

Runnable runnable = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程启动");
        // 耗时操作
        System.out.println("线程结束");
    }
};

Thread thread = new Thread(runnable); // 创建线程，runnable 作为线程要执行的任务（载体）
thread.start(); // 启动线程
thread.join(); // 等待线程执行完毕

{ 题外话开始：

通过 Thread 的类声明：

我们可以知道 Thread 自己也实现了 Runnable 接口，Thread 中 run方法的实现如下（Thread 启动之后运行的就是 Thread 中的 run 方法）：

（target 即构造Thread 时可传入的 Runnable 对象，不传入即为 null —— 所以继承 Thread 重写其 run 方法也是一种创建线程的方式）

题外话结束 }

Runnable.java 的代码：

Runnable 的 run 方法是不带返回值的，那如果我们需要一个耗时任务在执行完之后给予返回值，应该怎么做呢？

import java.util.*;

public class RunnableTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("使用 Runnable 获得返回结果：");

        List<Thread> workers = new ArrayList<>(10);
        List<AccumRunnable> tasks = new ArrayList<>(10);

        // 新建 10 个线程，每个线程分别负责累加 1~10, 11~20, ..., 91~100
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            AccumRunnable task = new AccumRunnable(i * 10 + 1, (i + 1) * 10);
            Thread worker = new Thread(task, "慢速累加器线程" + i);

            tasks.add(task);
            workers.add(worker);

            worker.start();
        }

        int total = 0;
        for (int i = 0, s = workers.size(); i < s; i++) {
            workers.get(i).join();  // 等待线程执行完毕
            total += tasks.get(i).getResult();
        }

        System.out.println("\n累加的结果: " + total);
    }

    static final class AccumRunnable implements Runnable {

        private final int begin;
        private final int end;

        private int result;

        public AccumRunnable(int begin, int end) {
            this.begin = begin;
            this.end = end;
        }

        @Override
        public void run() {
            result = 0;
            try {
                for (int i = begin; i <= end; i++) {
                    result += i;
                    Thread.sleep(100);
                }
            } catch (InterruptedException ex) {
                ex.printStackTrace(System.err);
            }
            System.out.printf("(%s) - 运行结束，结果为 %d\n",
                    Thread.currentThread().getName(), result);
        }

        public int getResult() {
            return result;
        }
    }

}

运行结果：

第二种方法：使用 Callable<V> 和 FutureTask<V>。
Callable<V> 是 JDK1.5 时添加的类，为的就是解决 Runnable 的痛点（没有返回值和不能抛出异常）。

Callable.java 的代码：

可以看到参数化类型 V就是返回的值的类型。

但是查看 Thread 的构造方法，我们发现 Thread 只提供了将 Runnable 作为参数的构造方法，并没有使用 Callable<V> 的构造方法 —— 所以引出 FutureTask<V>。

FutureTask<V> 也是 JDK1.5 时添加的类，查看它的类声明：

可以看到它实现了 RunnableFuture<V> 这个接口，我们再看看 RunnableFuture<V>：

可以看到 RunnableFuture 接口继承了 Runnable 接口，那么 RunnableFuture 接口的实现类 FutureTask 必然会去实现 Runnable 接口 —— 所以 FutureTask 可以用来当 Runnable 使用。查看 FutureTask 的构造方法，发现 FutureTask 有两个构造方法：

第一个构造方法表明我们可以通过一个 Callable 去构造一个 FutureTask —— 而 FutureTask 实现了 Runnable 接口，从而可以将该任务传递给 Thread 去运行；

第二个构造方法是通过一个 Runnable 和一个指定的 result 去构造 FutureTask。

---

我们再来看看 FutureTask<V> 通过 RunnableFuture<V> 实现的第二个接口：Future<V>。
（事实上，RunnableFuture<V> 是在 JDK1.6 时添加的类，我猜测在 JDK1.5 时 FutureTask<V> 应该是直接实现的 Runnable 和 Future<V>，而不是通过 RunnableFuture<V>）

Future.java 的源码：

Future<V> 包含的方法有 5 个，本文只关注它两个 get 相关的方法。通过 Java 的 API 文档，我们可以知道 get 方法是用来返回和 Future 关联的任务的结果（即构造 FutureTask<V> 时使用的 Callable<V> 的结果）。带参数的 get 方法指定一个超时时间，在超时时间内该方法会阻塞当前线程，直到获得结果之后停止阻塞继续运行 —— 如果在给定的超时时间内没有获得结果，那么便抛出 TimeoutException 异常；不带参数的 get 可以理解为超时时间无限大，即一直等待直到获得结果。

（Future 每个方法的详细用法可以参考 Java 多线程（3））

通过以上我们可以知道，Callable<V>、Future<V>、FutureTask<V> 这三个类是相辅相成的。以上提到关键类的类关系如下：

现在我们看看 FutureTask 中实现 Runnable 的 run 方法是怎样的（我们直接看关键代码）：

代码的意思很明确，调用构造 FutureTask<V> 时传入的 Callable<V> 的 call 方法，如果正常执行完毕，那么通过 set(result) 设置结果，通过 get() 方法得到的即为这个结果 —— 思路和前面第一种方法是一致的（当然 FutureTask 是更强大和更通用的类）；否则即为抛出异常的情况。

使用 FutureTask<V> 的过程如下：
（1）通过一个 Callable<V> 任务或者一个 Runnable（一开始就指定 result）任务构造 FutureTask<V>；
（2）将 FutureTask<V> 交给 Thread 去运行；
（3）使用 FutureTask<V> 的 get 方法（或者 Thread 的 join 方法）阻塞当前线程直到获得任务的结果。

---

现在我们使用 Callable 改写程序：

import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

public class CallableTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("使用 Callable 获得返回结果：");
        
        List<FutureTask<Integer>> futureTasks = new ArrayList<>(10);
        // 新建 10 个线程，每个线程分别负责累加 1~10, 11~20, ..., 91~100
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            AccumCallable task = new AccumCallable(i * 10 + 1, (i + 1) * 10);
            FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(task);
            futureTasks.add(futureTask);
            
            Thread worker = new Thread(futureTask, "慢速累加器线程" + i);
            worker.start();
        }

        int total = 0;
        for (FutureTask<Integer> futureTask : futureTasks) {
            total += futureTask.get(); // get() 方法会阻塞直到获得结果
        }

        System.out.println("累加的结果: " + total);
    }

    static final class AccumCallable implements Callable<Integer> {

        private final int begin;
        private final int end;

        public AccumCallable(int begin, int end) {
            this.begin = begin;
            this.end = end;
        }

        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            int result = 0;
            for (int i = begin; i <= end; i++) {
                result += i;
                Thread.sleep(100);
            }
            System.out.printf("(%s) - 运行结束，结果为 %d\n",
                    Thread.currentThread().getName(), result);

            return result;
        }
     
    }
    
}

运行结果：

可以看到使用 Callable<V> + FutureTask<V> 的程序代码要比 Runnable 的代码更简洁和方便 —— 当需要线程执行完成返回结果时（或者任务需要抛出异常），Callable<V> 是优先于 Runnable 的选择。

原文地址：https://segmentfault.com/a/1190000007767231

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