Runnable和Callable是多線程中的兩個任務接口,實現接口的類將擁有多線程的功能,FutureTask類與這兩個類是息息相關!
FutureTask繼承體系
看下這張圖,原來FutureTask類實現了Runnable和Future,既然是Runnable的實現類,我們可以寫如下的代碼:
public static void main(String[] args) {
FutureTask task = new FutureTask(new Callable() {
@Override
public Object call() throws Exception {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "========>正在執行!");
return "SUCCESS";
}
});
new Thread(task).start();
}
因為FutureTask是Runnable的實現類嘛,根據多態的特性,肯定可以傳到Thread的構造器中。
FutureTask的構造方法
構造方法1 接收Callable對象
public FutureTask(Callable<V> callable) {
if (callable == null)
throw new NullPointerException();
this.callable = callable;
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
構造方法2 接收Runnable對象 和一個泛型的result
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
原來,FutureTask內部維護Callable類型的成員變量,對於Callable任務,直接賦值即可。而對於Runnable任務,需要先調用Executors#callable()把Runnable先包裝成Callable。
Executors.callable(runnable, result);
這行代碼用了適配器模式,你給我一個runnable對象,我還你一個callable對象。
public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
if (task == null)
throw new NullPointerException();
return new Executors.RunnableAdapter<T>(task, result);
}
RunnableAdapter是Executors中的靜態內部類,上面代碼意思是調用該靜態內部類的構造方法,生成RunnableAdapter對象,而RunnableAdapter對象實現了Callable接口,根據多態也就相當於得到了一個Callable對象。
static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
final Runnable task;
final T result;
RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
this.task = task;
this.result = result;
}
public T call() {
task.run();
return result;
}
}
RunnableAdapter作為Callable的適配器,也擁有call方法,這就是適配器模式。
如果你是用第二種方式來構造FutureTask對象,因為傳入的是Runnable,Runnable的run方法是沒有返回值的,而Callable的call方法是有返回值的,所以這邊就折中一下,返回值需要你在構建FutureTask對象時自己傳進去,最后再原封不動地還給你。
如果你是用第一種方式來構造FutureTask對象,那就簡單多了,直接傳入一個Callable對象即可,返回值你自己決定。
總而言之,FutureTask的構造方法就為了做一件事,即統一Callable和Runnable!
為什么FutureTask要花這么大的精力去搞定Callable和Runnable呢?就是因為統一了好辦事啊,以后在線程池的章節中,你還會頻繁看到這個類。
捋一捋思路,為什么要用FutureTask?
多線程是Java進階的難點,也是面試的重災區,請確保你把上面的代碼都理解了之后再來看這一節。
我們再回過頭來想想,如何使用多線程呢,是不是有3個方法?如果記不得了請回過去看看上一個章節【線程類】。
第1種方法是直接繼承Thread類,重寫run方法。
第2種方法是實現Runnable接口,然后還是要靠Thread類的構造器,把Runnable傳進去,最終調用的就是Runnable的run方法。
第3種方法是用線程池技術,用ExecutorService去提交Runnable對象/Callable對象,區別是Runnable沒有返回值,Callable對象有返回值。
你發現沒有,不管你用哪種方式,最終都是要靠Thread類去開啟線程的。因為,有且僅有Thread類能通過start0()方法向操作系統申請線程資源(本地方法)
第一種方法因為耦合性太高,很少會使用,實際開發中我們一般都會使用線程池技術,所以第3種方法是有實戰意義的。那么問題來了,Runnable和Callable對象都可以被用作線程池的任務,就有人會亂用了啊,有的人喜歡Runnable,有的喜歡Callable,到時候項目的代碼就亂成一鍋粥啦!
所以,我私以為Java的創始人意識到這一點,就干脆搞一個FutureTask出來一統江湖。我說的這么白,應該都明白了吧,嘿嘿。
FutureTask的7種狀態
既然FutureTask是子類,那么必然有比Callable和Runnable強悍的地方,比如FutureTask的7種狀態
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;
狀態含義分別是:
● 0-剛創建
● 1-即將完成
● 2-完成
● 3-拋異常
● 4-任務取消
● 5-任務即將被打斷
● 6-任務被打斷
為什么要設置這些狀態呢,那是因為FutureTask=任務+結果,調用者何時可以去獲取這個結果result呢?FutureTask在調用get方法時,會去判斷當前任務的狀態,只有當任務完成才會給你實際的result,因此get方法是阻塞的。
FutureTask的get() 方法
先看下FutureTask的get() 方法是如何使用的:
FutureTask task = new FutureTask(new Callable() {
@Override
public Object call() throws Exception {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "========>正在執行!");
Thread.sleep(2000); //執行耗時操作
return "SUCCESS";
}
});
new Thread(task).start();
System.out.println(task.get());
效果:
Thread-0========>正在執行!
SUCCESS
過了兩秒后才打印出SUCCESS,說明get確實是阻塞的。再來一個線程池的例子:
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
/**
* 往線程池中提交一個Callable,立刻返回Future對象,但是該Future對象里面的返回值目前還是null
* 只有當你調用get方法時,才會阻塞地獲取該任務真實的返回值
*/
Future<Object> objectFuture = executorService.submit(new Callable<Object>() {
@Override
public Object call() throws Exception {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "========>正在執行!");
Thread.sleep(2000); //執行耗時操作
return "SUCCESS";
}
});
Object result = objectFuture.get();
System.out.println(result);
executorService.shutdownNow();
FutureTask的run方法
先來看看源代碼吧:
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);
}
}
FutureTask的run方法第一步果然是獲取callable對象,這個callable對象也可能是runnable偽裝的,上面介紹了適配器模式,這邊就不再贅述了。
最終是存儲到outcome對象了,簡而言之,FutureTask的run方法的作用就是運行callable的call方法,拿到返回值保存到outcome對象,等待有人來取。
薛定諤的FutureTask
為什么說是薛定諤的FutureTask呢?那是因為,當你把FutureTask跑起來的時候,里面的outcome可能沒有值,也可能有值。
但是又因為outcome在FutureTask源碼中被設置成private,所以如果你要獲取這個數據,只能通過get方法。而get方法是阻塞的,當你調用get方法時,一定是等到任務執行成功后,才會返回真實的值。
這就有點像薛定諤的貓,你不去觀察它,兩種狀態皆有可能,一旦你去觀察了(調用get方法),就只有一種明確的狀態。
其實這真的只是一個小技巧,相信你也能辦到,我們用代碼來模擬一下這個過程。
首先,新建一個MyFutureTask類:
/**
* 自定義任務類
*/
public class MyFutureTask implements Runnable{
/**
* 為了看到效果,outcome設置為Object
*/
public Object outcome;
public void run(){
try {
/**
* 執行耗時操作
*/
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
/**
* 給outcome賦值
*/
this.outcome = "SUCCESS";
}
public Object get(){
return outcome;
}
}
為了模擬線程池,新建一個MyExecutorService類:
class MyExecutorService {
/**
* 提交任務
* @param myFutureTask
* @return
*/
public MyFutureTask submit(MyFutureTask myFutureTask){
/**
* 開啟一個線程把myFutureTask跑掉
*/
new Thread(myFutureTask).start();
/**
* 線程有沒有跑完不關心,直接把myFutureTask返回
* 此時myFutureTask很可能不是最終結果,但其中的outcome一定指向最終結果
*/
return myFutureTask;
}
}
測試:
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyExecutorService myExecutorService = new MyExecutorService();
MyFutureTask myFutureTask = myExecutorService.submit(new MyFutureTask());
/**
* 線程開啟立刻查看outcome
*/
System.out.println(myFutureTask.outcome);
/**
* 主線程繼續運作
*/
Thread.sleep(1100);
/**
* 再次查看outcome是否有值
*/
System.out.println(myFutureTask.get());
}
結果:
null
SUCCESS
總結一下,ExecutorService的submit方法只是提交Runnable或Callable任務到線程池,直接返回FutureTask給你,這個FutureTask是薛定諤的FutureTask,里面的outcome現在可能有值,也可能沒有。只有當你主動調用get方法,才可以得到確切的值。
FutureTask的get方法阻塞原理
FutureTask的get方法是阻塞的,當你調用這個方法就一定要等該線程跑完,那么為什么能做到這樣呢?
接下來我們看看get方法的阻塞原理是什么,我重新寫了一個例子,注釋能寫的都寫了,代碼如下:
package com.javaxbfs.thread;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
class MyExecutorService {
/**
* 提交任務
* @param myFutureTask
* @return
*/
public MyFutureTask submit(MyFutureTask myFutureTask){
/**
* 開啟一個線程把myFutureTask跑掉
*/
Thread thread = new Thread(myFutureTask);
thread.start();
/**
* 把線程賦給myFutureTask的runner屬性,以方便查看線程狀態
*/
myFutureTask.runner = thread;
/**
* 線程有沒有跑完不關心,直接把myFutureTask返回
* 此時myFutureTask很可能不是最終結果,但其中的outcome一定指向最終結果
*/
return myFutureTask;
}
}
/**
* 自定義任務類
*/
public class MyFutureTask implements Runnable{
/**
* 為了看到效果,outcome設置為Object
*/
public Object outcome;
/**
* 當前任務所在的線程
*/
public volatile Thread runner;
public void run(){
try {
/**
* 執行耗時操作
*/
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
/**
* 給outcome賦值
*/
this.outcome = "SUCCESS";
}
public Object get() throws InterruptedException {
if(awaitDone())
return outcome;
return null;
}
private boolean awaitDone() throws InterruptedException {
/**
* 做一個死循環,輪詢檢查當前線程狀態
*/
for(;;){
/**
* 如果當前線程被打斷,則拋異常結束任務
*/
if(runner.isInterrupted()){
throw new InterruptedException();
}
if(runner.getState() == Thread.State.NEW){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "新建!");
}
if(runner.getState() == Thread.State.RUNNABLE){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准備就緒!");
}
if(runner.getState() == Thread.State.TERMINATED){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "執行完畢!");
return true;
}
Thread.sleep(200);
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyExecutorService myExecutorService = new MyExecutorService();
MyFutureTask myFutureTask = myExecutorService.submit(new MyFutureTask());
/**
* 線程開啟立刻查看outcome
*/
System.out.println(myFutureTask.outcome);
/**
* 主線程繼續運作
*/
//Thread.sleep(1100);
/**
* 再次查看outcome是否有值,現在是阻塞的
*/
System.out.println(myFutureTask.get());
}
}
關鍵就在於這個 awaitDone 方法(源碼也叫這個名字),它里面是一個死循環,不斷去檢查當前FutureTask所在線程的狀態,當線程執行結束,就返回true,表示可以給出精確的result了。
真實的get方法實現非常復雜,不過思路是差不多的,有興趣的童鞋可以去百度了解。