- 可以使用FutureTask来创建一个线程，用来异步执行任务，并且可以保证并发环境下只执行一次(run方法中，通过CAS设置状态，runner指向当前线程来保证)，并且可以获取任务执行结果(获取结果get是阻塞的，知道任务完成返回结果)。FutureTask实现了Runnable接口，并重写了run方法。在FutureTask中包含一个Callable接口对象，创建FutureTask实例时，要重写Callable的call方法，call方法就是线程执行的具体逻辑。Callable类似于Runnable，区别在于Callable具有返回值(Runnable接口的run方法无法抛出check exception)。
- 实际的执行过程，线程的执行实际都是通过Runnable接口的run方法来实现的，当线程启动执行时，会执行run方法。FutureTask实现了Runnable，那么FutureTask也具有Runnable的特性，可以用来执行线程。并且FutureTask实现了Future接口(配合FutureTask的Callable属性，获取线程执行情况，并且可以获取返回值)，使其具有返回结果值得功能。当线程启动执行时，先执行run方法，在run方法中，会调用Callable的call方法，即具体线程执行逻辑，这个call方法是在创建FutureTask时指定的，重写了FutureTask的Callable属性的call方法，而在run方法中就是调用的call方法来执行的，当执行完成call方法逻辑时，通过Future的set方法(FutureTask重写)，来保存线程执行结果，用于使用get方法来获取返回值。
- FutureTask是对Runnable的增强，他实现了RunnableFuture(实现了Future和Runnable)。所以他是一个Runnable，也就是说他可以用来代替Runnable使用。因为Runnable没有返回值，而且不能抛出check exception必须try catch处理。对于返回值FutureTask使用Callable和Future接口实现，可以获取线程的执行结果，取消线程，也可以检测线程的执行情况，例如是否取消，是否已完成。而且Callable也解决了不能抛出check exception的问题。
- 继承关系
通过实现Runnable接口，可以通过Thread，线程池来执行。
通过实现Future接口，可以获取任务的执行结果。 -
FutureTask结构图
- FutureTask状态
- FutureTask定义一个volatile属性state，表示FutureTask生命周期。
- NEW 初始状态。
- COMPLETING 任务已经执行完(正常执行完成或抛出异常)，准备赋值结果。
- NORMAL 任务已经正常执行完成，并且已经将任务返回值赋值到结果Future中。
- EXCEPTIONAL 任务执行失败，并将异常赋值到结果Future中。
- CANCELLED 取消
- INTERRUPTING 准备尝试中断任务的线程。
- INTERRUPTED 对执行任务的线程进行中断(未必中断成功)
-
/** * The run state of this task, initially NEW. The run state * transitions to a terminal state only in methods set, * setException, and cancel. During completion, state may take on * transient values of COMPLETING (while outcome is being set) or * INTERRUPTING (only while interrupting the runner to satisfy a * cancel(true)). Transitions from these intermediate to final * states use cheaper ordered/lazy writes because values are unique * and cannot be further modified. * * Possible state transitions: * NEW -> COMPLETING -> NORMAL * NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL * NEW -> CANCELLED * NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED */ private volatile int state; // 初始状态 private static final int NEW = 0; // 中间状态,表示任务执行完成 private static final int COMPLETING = 1; // 最终状态,表示任务正常执行完成，并且已经设置任务执行结果,将任务执行返回值存储在outcome对象中,作为任务执行结果。 private static final int NORMAL = 2; // 最终状态,表示任务执行中抛出异常，并且已经设置任务执行结果,将任务抛出的异常存储在outcome对象中,作为任务执行结果。 private static final int EXCEPTIONAL = 3; // 最终状态,表示任务被直接取消 private static final int CANCELLED = 4; // 中间状态,表示任务正在尝试被取消 private static final int INTERRUPTING = 5; // 最终状态,表示任务已经被取消 private static final int INTERRUPTED = 6; -
- FutureTask的几个方法对应了FutureTask的状态的变化。
- 通过构造方法FutureTask(Callable<T> callable)或者FutureTask(Runnable runnable, V result)创建任务，此时状态为NEW。
- 任务被线程调度执行，进入线程的run方法，执行任务。任务执行完成(调用Callable的call方法，执行完call方法体，或者再call方法中抛出异常)，此时为COMPLETING状态(中建状态)。如果正常结束，调用set方法设置任务执行结果，此时为NORMAL状态；如果抛出异常，调用setException方法设置任务执行结果，此时为EXCEPTIONAL状态。NORMAL和EXCEPTIONAL为最终状态。、
- 在任务调度过程中，如果将任务取消，调用cancel方法，则进入INTERRUPTING状态。如果cancel(true)，进入INTERRUPTED状态；如果cancel(false)，进入CANCELLED状态。
- FutureTask的几个方法对应了FutureTask的状态的变化。
- FutureTask定义一个volatile属性state，表示FutureTask生命周期。
- run方法
/** * run方法，线程执行体。 * 在通过FutureTask创建线程体，实现的Callable接口call方法，call方法记录的具体任务执行逻辑。 * 启动线程后，首先调用FutureTask重写的run方法，线程的执行入口，在run方法中调用真正的任务逻辑 * Callable的call方法。 */ public void run() { // 首先判断，任务状态，如果不是NEW状态，表示任务已经运行，直接返回。 if (state != NEW || // 其次，设置任务的执行线程为当前线程 // this表示当前任务，runnerOffset表示在内存中runner属性的偏移量 // (同过this地址加上runnerOffset偏移量，确定指向runner属性) // 通过UNSAFE尝试改变runner属性为当前线程,期待当前runner对象的值为null。 // 如果修改失败(返回false)，直接返回。 // UNSAFE 通过反射FutureTask类，获取runner字段Field对象，通过UNSAFE.objectFieldOffset方法 // 获取到runner字段在FutureTask类中的偏移量。 // UNSAFEcompareAndSwap等方法通过当前对象地址+偏移量 指向被修改的字段，再传入期望值和修改值， // 尝试修改，修改成功返回true，否则返回false。 !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset, null, Thread.currentThread())) // 在多线中并发抢占任务时，只允许一个线程执行该任务。其他的线程会进入等待队列中。 // 使用WaitNode waiters存储, WaitNode是FutureTask的内部类, 链表结构。 // 在任务完成时需要释放所有等待的线程, finishCompletion方法。 return; try { // 引用成员变量 具体任务逻辑callable对象 Callable<V> c = callable; // 双重检查，判断任务逻辑对象callable是否为空，并且任务当前状态是否是NEW状态 if (c != null && state == NEW) { // 记录任务结果, 即Callable任务逻辑的返回值。 V result; // 记录任务是否正常结束, 如果Callable的call方法这正常结束返回,则为true; // 若call方法抛出异常, 则为false。 boolean ran; try { // 执行实际任务逻辑, Callable的call方法, 即创建FutureTask传入的任务逻辑。 result = c.call(); // 任务逻辑正常结束返回, 返回true。 ran = true; } catch (Throwable ex) { // 任务逻辑抛出异常 // 异常结束, 执行结果为null result = null; // 任务逻辑正常结束返回, 返回false。 ran = false; // 设置任务执行结果, 并设置任务最终状态为EXCEPTIONAL setException(ex); } if (ran) // 任务正常执行返回。设置任务执行结果, 并设置任务最终状态为NORMAL set(result); } } finally { // runner属性, 记录执行任务的线程, 执行任务过程中runner必须非空, 直到任务状态发生改变。 // runner must be non-null until state is settled to // 防止并发调用run方法 // prevent concurrent calls to run() // 多个线程同时调用任务，只会有一个任务获取到线程(之前的判断)。这里通过runner是否为空来控制多线程并发访问。 // runner==null时, 线程获取到任务, 执行Callable的call方法, 其他获取到任务的线程直接return, 不会再 // 执行run方法了。防止并发执行任务逻辑call方法。 runner = null; // state must be re-read after nulling runner to prevent // leaked interrupts int s = state; if (s >= INTERRUPTING) handlePossibleCancellationInterrupt(s); } } -
set、setException方法
// 当任务正常结束时, 设置状态, 任务执行结果, 执行后续操作 protected void set(V v) { // 将状态从NEW状态改为中间状态COMPLETING状态, 表示任务已经运行完成, 正在处理后续结果。 if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) { // 赋值任务执行结果 outcome = v; // 将状态修改为最终状态NORMAL, 表示任务已经正常完成, 并且返回结果。 UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state // 执行后续操作。 finishCompletion(); } } // 当任务抛出异常时, 设置状态, 任务执行结果, 执行后续操作。 protected void setException(Throwable t) { // 将状态从NEW状态改为中间状态COMPLETING状态, 表示任务已经运行完成, 正在处理后续结果。 if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) { // 赋值任务异常结果 outcome = t; // 将状态改为最终状态EXCEPTIONAL, 表示任务异常结束, 并且返回结果。 UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // final state // 执行后续操作。 finishCompletion(); } }
-
cancel方法
/** * 尝试取消执行此任务。如果任务已经完成, 已经被取消或由于某种其他原因而无法取消, 则此尝试将失败, 返回false。 * 当cancel时此任务尚未启动，则此任务不应运行。 如果任务已经开始，那么mayInterruptIfRunning(true或者false)参数确定是否中断执行此任务的线程。 * cancel(true)方法只是想执行任务的线程发送中断请求(设置线程的中断标志), 是否能够中断, 在哪一步中断, 取决于线程本身。 * 实际使用可以配合Thread.currentThread().isInterrupted()来进行判断。 * 任务在有线程执行前调用了cancel方法，那么任务状态会变成最终状态CANCELED(调用cancel(false)方法), 或者INTERRUPTED(调用cancel(true)方法)。 * 任务未运行直接进入最终状态，之后即使通过启动线程运行该任务, 该任务也不会执行, 因为该任务不是NEW状态了。 * cancel(true), 只是调用现Thread的interrupt方法, 设置线程的中断标志。并不能真正的中断执行任务的线程。最终结果, 要么成功中断线程, 要么线程运行完成, * 但最终状态都是CANCELED或者INTERRUPTED, 表示任务已经被取消。 */ public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) { //如果状态不为NEW，且无法将状态更新为INTERRUPTING或CANCELLED，则直接返回取消失败 // 通过UNSAFE类，尝试将NEW状态的FutureTask改为INTERRUPTING状态，表示FutureTask现在正在尝试cancel， // 正处于中间状态，直到成功取消任务，状态变为CANCELLED或者INTERRUPTED。 if (!(state == NEW && UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED))) return false; try { // in case call to interrupt throws exception // 如果是刚创建的任务或者正在执行的任务, 才可以被取消。 if (mayInterruptIfRunning) { try { // 获取执行该任务的线程 Thread t = runner; // 如果没有线程来执行该任务, runner==null, 那么直接返回 if (t != null) // 通过调用线程的interrupt方法，设置线程中断标志。尝试中断阻塞的线程。 t.interrupt(); } finally { // final state // 将任务状态改为INTERRUPTED UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, INTERRUPTED); } } } finally { // 任务由中间状态到最终状态变更时，都需进行的操作。 // 调用回调方法 done, 任务完成时将任务结果插入结果队列BlockingQueue。 finishCompletion(); } return true; }
-
finishCompletion方法
// 任务完成的后续工作 // 唤醒所有等待线程节点, 释放任务等待链表, 释放内存资源。 // 调用回调方法done, 当任务完成时执行某些操作, done方法由子类实现。 private void finishCompletion() { // assert state > COMPLETING; // 此时, 任务状态一定大于COMPLETING(要么完成NORMAL, EXCEPTIONAL, 要么取消CANCELED, INTERRUTPED) for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) { // 释放所有等待链表上的节点, 唤醒所有等待线程。 if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) { for (;;) { // 获取等待的线程 Thread t = q.thread; if (t != null) { // 释放资源 q.thread = null; // 唤醒等待线程 LockSupport.unpark(t); } WaitNode next = q.next; if (next == null) break; q.next = null; // unlink to help gc q = next; } break; } } // 调用回调方法, 又子类决定。FutureTask的done是空方法。 done(); callable = null; // to reduce footprint }
-
get方法
/** * get方法, 获取任务的执行结果, 可以设置等待结果的超时时间。 * 只有状态在NEW、COMPLETING、NORMAL才允许获取结果, 其他状态返回异常。 */ public V get() throws InterruptedException, ExecutionException { // 获取当前状态 int s = state; // 状态值小于COMPLETING时, 才获取状态。 if (s <= COMPLETING) // 调用awaitDone方法, 是否设置超时时间false, 超时时间0L。阻塞等待获取结果。返回值是任务状态。 s = awaitDone(false, 0L); // 返回结果 return report(s); } public V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException { if (unit == null) throw new NullPointerException(); int s = state; if (s <= COMPLETING && // 调用awaitDone方法, 是否设置超时时间true, 超时时间timeout(转换为纳秒)。阻塞等待获取结果。 // 返回值是任务状态。 (s = awaitDone(true, unit.toNanos(timeout))) <= COMPLETING) throw new TimeoutException(); // 返回结果 return report(s); }
-
awaitDone方法
// 等待任务完成, 或者任务被取消中断, 或者超时 // 返回状态 // 执行get获取结果的线程, 与执行任务的线程, 不是同一个线程 private int awaitDone(boolean timed, long nanos) throws InterruptedException { // 计算超时时间, 单位:纳秒 final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L; // 当前线程等待节点, 如果当前线程未获取到任务结果, 则会被加入任务的等待链表中, 进行等待。 WaitNode q = null; // 是否已经加入链表 boolean queued = false; // 死循环等待任务完成(正常执行完成, 中断, 超时) for (;;) { // 判断当前执行任务的线程是否调用cancel(true)方法,进行中断任务。中断则返回InterruptedException异常。 if (Thread.interrupted()) { // ? removeWaiter(q); throw new InterruptedException(); } // 获取任务的状态 int s = state; // 如果任务状态大于COMPLETING, 表示任务可能已经正常完成, 抛出异常, 被取消。返回状态值。 if (s > COMPLETING) { // ? if (q != null) q.thread = null; return s; } else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet // 任务已经处于中间状态COMPLETING, 表示任务即将完成(正常完成, 抛出异常) // 任务正在执行, 不计算超时时间 // 当前获取任务结果的线程, 重新进入就绪状态, 使执行任务的线程有机会获取CPU资源继续执行, 设置任务执行结果。 Thread.yield(); else if (q == null) // 如果线程还没有完成 // 创建等待节点, 指向当前线程。 // 多线程并发获取结果时, 在任务没有执行完成时, 都会加入到当代链表中。 // 在下一次循环中, 如果任务还未执行完成, 将当前线程等待节点加入等待链表中。 q = new WaitNode(); else if (!queued) // 如果还没有加入等待链表, 将当前线程节点加入到等待链表中。 // CAS方法返回是否成功修改, 即是否成功加入等待链表。 // 将当前线程等待节点加入到链表头部。 queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q.next = waiters, q); // 判断获取结果是否超时 else if (timed) { // 超时时间-系统当前时间 nanos = deadline - System.nanoTime(); // 结果<0, 表示已经超时, 返回当前任务状态。 if (nanos <= 0L) { // 如果当前获取结果线程超时, 那么将当前线程等待节点从等待链表中移除。返回任务状态。 removeWaiter(q); return state; } // 还未超时, 则阻塞等待剩余超时时间, 等待时间到, 自动唤醒。 LockSupport.parkNanos(this, nanos); } else // 不计算超时时间 // 让当前线程进行阻塞等待, 直至任务完成(正常完成, 跑出异常, 任务被取消)时被唤醒。 // 唤醒后, 继续循环获取结果。然后要么返回正常执行结果, 要么跑出异常。 LockSupport.park(this); } }
-
report方法
/** * Returns result or throws exception for completed task. * (翻译源码注释)对于最终状态的任务, 返回结果或者抛出异常 */ private V report(int s) throws ExecutionException { // 获取结果 // 正常完成, 状态=NORMAL, outcome=任务执行结果(call方法返回值) // 抛出异常, 状态=EXCEPTIONAL, outcome=抛出的异常 // 其他状态, outcome=null Object x = outcome; if (s == NORMAL) // 正常完成, 直接返回结果 return (V)x; if (s >= CANCELLED) // 如果任务调用了cancel方法, 正在尝试中断或者已经被中断。那么返回中断异常CancellationException, // 表示该任务已经被取消, 没有返回值 throw new CancellationException(); // 任务异常结果, 抛出异常。 throw new ExecutionException((Throwable)x); }
-
removeWaiter方法
// 从等待链表中移除某个获取结果的线程等待节点 private void removeWaiter(WaitNode node) { if (node != null) { node.thread = null; retry: for (;;) { // restart on removeWaiter race for (WaitNode pred = null, q = waiters, s; q != null; q = s) { s = q.next; if (q.thread != null) pred = q; else if (pred != null) { pred.next = s; if (pred.thread == null) // check for race continue retry; } else if (!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, s)) continue retry; } break; } } }
- 相关问题
- cancel(true)和cancel(false)区别？
- false表示，如果任务没有运行，就不要运行了，最终状态为CANCELED；
如果任务已经运行，但未运行完成，那么就让任务运行完，最终状态为CANCELED。 - true表示，如果任务没有运行，就不要运行了，最终状态为INTERRUPTED；
如果任务已经运行，但未运行完成，那么就尝试中断线程(Thread.interrupt)，并不能一定中断线程。
- false表示，如果任务没有运行，就不要运行了，最终状态为CANCELED；
- 什么时候使用cancel(true)
- 如果执行任务的线程是由Executor创建的，他实现了一种中断策略使得任务可以通过中断被取消，此时可以使用true中断线程。
- FutureTask WaitNode 有什么用？
- 调用get方法获取任务结果的所有线程，由于run方法没有执行完成，导致获取结果的线程发生等待。waiters对象保存着这些线程，WaitNode结构使这些线程形成一个链表，头结点表示最后调用get方法的线程等待节点。
- 当任务执行完成(run方法执行完成)、任务执行过程中抛出异常、或者调用cancel方法取消任务。就需要让等待链表waiters退出等待
- FutureTask使用不当可能会造成线程一直等待问题？
- 线程池使用FutureTask的时候，如果拒绝策略设置为DiscardPolicy(丢弃任务，但是不抛出异常)或DiscardOldestPolicy(丢弃队列最前面的任务，然后重新提交被拒绝的任务)，并且调用了被拒绝任务的无参get方法，那么调用线程会一直阻塞。
- 原因：当任务提交后被拒绝时，任务处于NEW状态，此时调用任务的get方法，调用线程会被awaitDone方法加入到等待链表中waiters，并且会一直阻塞住(LockSupport.park)，直到任务run方法结束，或者调用了cancel方法取消任务时，才会唤醒等待链表中的线程(LockSupport.unpark)，完成获取结果操作。但是通过拒绝策略的任务，并不会执行也不会取消，所以没有唤醒获取结果线程的机会，所以获取结果的线程会一直处于阻塞队列中，一直占用资源。简单的说就是任务被拒绝策略丢弃后，有现成获取该任务的结果，那么获取结果的线程就会一直等待。
- 解决办法：
- 使用带有超时时间的get方法获取任务结果。
- 使用自定拒绝策略。
- cancel(true)和cancel(false)区别？
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