J.U.C-FutureTask

Callable与Runnable深入解析

最新推荐文章于 2022-06-04 17:36:15 发布

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本文详细对比了Callable与Runnable接口，介绍了Future接口的功能，重点解析了FutureTask的原理，包括其状态转换、构造、运行、取消及结果获取过程，以及ScheduledFutureTask的周期/延迟执行特性。

Callable 与Runnable 接口对比

Runnable 是个接口，只有一个方法run（），实现Runnable的run（），把要实现的逻辑写到run（）中，然后启动线程就行；
Callable 代码也很简单，不同的是，Callable 是个泛型接口，call()，返回类型是传入的泛型，Callable 与Runnable大致相似，Callable 功能更强大写，主要是Callable 执行后有返回值，并且能够抛出异常

Future 接口

对于具体的Callable 或者Runnable任务，它可以进行取消，查询任务是否被取消，查询是否完成，以及获取结果等等，通常都是异步执行的，不能直接从别的线程直接得到方法返回值，Future可以监视目标线程调用call的情况，当调用future的get方式时，可以获取线程结果，这时线程不会直接完成，当前线程就开始阻塞，知道call 方法返回结果，才继续执行，总之，Future可以获取其他线程的返回值。
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执行结果：

FutureTask

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FutureTask的父类是RunnableFuture ，RunnableFuture 继承了Runnable, Future，由此我们知道FutureTask 也可执行Callable类型的任务，如果构造函数参数是Runnable的话，它会转换成Callable类型，FutureTask 实现了Runnable, Future两个接口，所以FutureTask 既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future，得到Callable的返回值，这个组合使用的好处：假如有个很费时的逻辑需要被计算，并且返回这个值，同时，这个值又不是马上需要，用另外一个线程去计算这个操作，当前线程可以做其他操作，等到需要这个返回值时，在用future得到。

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执行结果：

FutureTask原理

在J.U.C提供的Future模式中，最重要的就是FutureTask类，FutureTask是在JDK1.5时，随着J.U.C一起引入的，它代表着一个异步任务，这个任务一般提交给Executor执行，当然也可以由调用方直接调用run方法运行。

既然是任务，就有状态，FutureTask一共给任务定义了7种状态：
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NEW：表示任务的初始化状态；
COMPLETING：表示任务已执行完成（正常完成或异常完成），但任务结果或异常原因还未设置完成，属于中间状态；
NORMAL：表示任务已经执行完成（正常完成），且任务结果已设置完成，属于最终状态；
EXCEPTIONAL：表示任务已经执行完成（异常完成），且任务异常已设置完成，属于最终状态；
CANCELLED：表示任务还没开始执行就被取消（非中断方式），属于最终状态；
INTERRUPTING：表示任务还没开始执行就被取消（中断方式），正式被中断前的过渡状态，属于中间状态；
INTERRUPTED：表示任务还没开始执行就被取消（中断方式），且已被中断，属于最终状态。

各个状态之间的状态转换图如下：
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上图需要注意的是两点：

FutureTask虽然支持任务的取消（cancel方法），但是只有当任务是初始化（NEW状态）时才有效，否则cancel方法直接返回false；
当执行任务时（run方法），无论成功或异常，都会先过渡到COMPLETING状态，直到任务结果设置完成后，才会进入响应的终态。

JDK1.7之前，FutureTask通过内部类实现了AQS框架来实现功能。 JDK1.7及以后，则改变为直接通过Unsafe类CAS操作state状态字段来进行同步。

构造

FutureTask在构造时可以接受Runnable或Callable任务，如果是Runnable，则最终包装成Callable：
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上述的Executors.callable()方法，其实就是对Runnable对象做了适配，返回Callable适配对象——RunnableAdapter：
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FutureTask的字段定义非常简单，State标识任务的当前状态，状态之间的转换通过Unsafe来操作，所有操作都基于自旋+CAS完成：

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;
 
private Callable<V> callable;       // 真正的任务
private volatile Thread runner;     // 保存正在执行任务的线程
 
/**
 * 记录结果或异常
 */
private Object outcome;
 
/**
 * 无锁栈（Treiber stack）
 * 保存等待线程
 */
private volatile WaitNode waiters;

注意waiters这个字段，waiters指向一个“无锁栈”，该栈保存着所有等待线程，我们知道当调用FutureTask的get方法时，如果任务没有完成，则调用线程会被阻塞，其实就是将线程包装成WaitNode结点保存到waiters指向的栈中：
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任务的运行

FutureTask的运行就是调用了run方法：
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上述方法，首先判断当前任务的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。

正常执行完成后，会调用set方法设置任务执行结果：

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如果任务执行过程中抛出异常，则调用setException设置异常信息：

任务的取消

cancel方法用于取消任务，参数mayInterruptIfRunning如果为true，表示中断正在执行任务的线程，否则仅仅是将任务状态置为CANCELLED ：
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任务取消后，最终调用finishCompletion方法，释放所有在栈上等待的线程：

结果获取

FutureTask可以通过get方法获取任务结果，如果需要限时等待，可以调用get(long timeout, TimeUnit unit)。
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可以看到，如果当前任务的状态是NEW或COMPLETING，会调用awaitDone阻塞线程。否则会认为任务已经完成，直接通过report方法映射结果：

report会根据任务的状态进行映射，如果任务是Normal状态，说明正常执行完成，则返回任务结果；如果任务被取消（CANCELLED或INTERRUPTED），则抛出CancellationException；其它情况则抛出ExecutionException。
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ScheduledFutureTask

ScheduledFutureTask是ScheduledThreadPoolExecutor这个线程池的默认调度任务类。
ScheduledFutureTask在普通FutureTask的基础上增加了周期执行/延迟执行的功能。通过下面的类图可以看到，它其实是通过继承FutureTask和Delayed接口来实现周期/延迟功能的。
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ScheduledFutureTask的源码非常简单，基本都是委托FutureTask来实现的，关键是看下运行任务的方法：

FutureTask的runAndReset方法与run方法的区别就是当任务正常执行完成后，不会设置任务的最终状态（即保持NEW状态），以便任务重复执行：
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