Java多线程编程：Callable、Future和FutureTask浅析

2023-08-01 19:11:16

通过前面几篇的学习，我们知道创建线程的方式有两种，一种是实现Runnable接口，另一种是继承Thread，但是这两种方式都有个缺点，那就是在任务执行完成之后无法获取返回结果，那如果我们想要获取返回结果该如何实现呢？还记上一篇Executor框架结构中提到的Callable接口和Future接口吗？，是的，从Java SE 5.0开始引入了Callable和Future，通过它们构建的线程，在任务执行完成后就可以获取执行结果，今天我们就来聊聊线程创建的第三种方式，那就是实现Callable接口。

Java多线程编程：Callable、Future和FutureTask浅析

1.Callable<V>接口
我们先回顾一下java.lang.Runnable接口，就声明了run(),其返回值为void，当然就无法获取结果了。
  1. public interface Runnable {
  2. public abstract void run();
  3. }

而Callable的接口定义如下

  1. public interface Callable<V> {
  2. V   call()   throws Exception;
  3. }

该接口声明了一个名称为call()的方法，同时这个方法可以有返回值V，也可以抛出异常。嗯，对该接口我们先了解这么多就行，下面我们来说明如何使用，前篇文章我们说过，无论是Runnable接口的实现类还是Callable接口的实现类，都可以被ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor执行，ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor都实现了ExcutorService接口，而因此Callable需要和Executor框架中的ExcutorService结合使用，我们先看看ExecutorService提供的方法：

  1. <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
  2. <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
  3. Future<?> submit(Runnable task);
第一个方法：submit提交一个实现Callable接口的任务，并且返回封装了异步计算结果的Future。
第二个方法：submit提交一个实现Runnable接口的任务，并且指定了在调用Future的get方法时返回的result对象。
第三个方法：submit提交一个实现Runnable接口的任务，并且返回封装了异步计算结果的Future。
因此我们只要创建好我们的线程对象（实现Callable接口或者Runnable接口），然后通过上面3个方法提交给线程池去执行即可。还有点要注意的是，除了我们自己实现Callable对象外，我们还可以使用工厂类Executors来把一个Runnable对象包装成Callable对象。Executors工厂类提供的方法如下：
  1. public static Callable<Object> callable(Runnable task)
  2. public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result)
2.Future<V>接口
Future<V>接口是用来获取异步计算结果的，说白了就是对具体的Runnable或者Callable对象任务执行的结果进行获取(get()),取消(cancel()),判断是否完成等操作。我们看看Future接口的源码：
  1. public interface Future<V> {
  2. boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
  3. boolean isCancelled();
  4. boolean isDone();
  5. V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
  6. V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
  7. }
方法解析：
V get() ：获取异步执行的结果，如果没有结果可用，此方法会阻塞直到异步计算完成。
V get(Long timeout , TimeUnit unit) ：获取异步执行结果，如果没有结果可用，此方法会阻塞，但是会有时间限制，如果阻塞时间超过设定的timeout时间，该方法将返回null。
boolean isDone() ：如果任务执行结束，无论是正常结束或是中途取消还是发生异常，都返回true。
boolean isCanceller() ：如果任务完成前被取消，则返回true。
boolean cancel(boolean mayInterruptRunning) ：如果任务还没开始，执行cancel(...)方法将返回false；如果任务已经启动，执行cancel(true)方法将以中断执行此任务线程的方式来试图停止任务，如果停止成功，返回true；当任务已经启动，执行cancel(false)方法将不会对正在执行的任务线程产生影响(让线程正常执行到完成)，此时返回false；当任务已经完成，执行cancel(...)方法将返回false。mayInterruptRunning参数表示是否中断执行中的线程。
通过方法分析我们也知道实际上Future提供了3种功能：（1）能够中断执行中的任务（2）判断任务是否执行完成（3）获取任务执行完成后额结果。
但是我们必须明白Future只是一个接口，我们无法直接创建对象，因此就需要其实现类FutureTask登场啦。
3.FutureTask类
我们先来看看FutureTask的实现
  1. public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {

FutureTask类实现了RunnableFuture接口，我们看一下RunnableFuture接口的实现：

  1. public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
  2. void run();
  3. }
分析：FutureTask除了实现了Future接口外还实现了Runnable接口，因此FutureTask也可以直接提交给Executor执行。 当然也可以调用线程直接执行（FutureTask.run()）。接下来我们根据FutureTask.run()的执行时机来分析其所处的3种状态：
（1）未启动，FutureTask.run()方法还没有被执行之前，FutureTask处于未启动状态，当创建一个FutureTask，而且没有执行FutureTask.run()方法前，这个FutureTask也处于未启动状态。
（2）已启动，FutureTask.run()被执行的过程中，FutureTask处于已启动状态。
（3）已完成，FutureTask.run()方法执行完正常结束，或者被取消或者抛出异常而结束，FutureTask都处于完成状态。

Java多线程编程：Callable、Future和FutureTask浅析
下面我们再来看看FutureTask的方法执行示意图（方法和Future接口基本是一样的，这里就不过多描述了）
Java多线程编程：Callable、Future和FutureTask浅析

分析：
（1）当FutureTask处于未启动或已启动状态时，如果此时我们执行FutureTask.get()方法将导致调用线程阻塞；当FutureTask处于已完成状态时，执行FutureTask.get()方法将导致调用线程立即返回结果或者抛出异常。
（2）当FutureTask处于未启动状态时，执行FutureTask.cancel()方法将导致此任务永远不会执行。
当FutureTask处于已启动状态时，执行cancel(true)方法将以中断执行此任务线程的方式来试图停止任务，如果任务取消成功，cancel(...)返回true；但如果执行cancel(false)方法将不会对正在执行的任务线程产生影响(让线程正常执行到完成)，此时cancel(...)返回false。
当任务已经完成，执行cancel(...)方法将返回false。
最后我们给出FutureTask的两种构造函数：
  1. public FutureTask(Callable<V> callable) {
  2. }
  3. public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
  4. }
3.Callable<V>/Future<V>/FutureTask的使用
通过上面的介绍，我们对Callable，Future，FutureTask都有了比较清晰的了解了，那么它们到底有什么用呢？我们前面说过通过这样的方式去创建线程的话，最大的好处就是能够返回结果，加入有这样的场景，我们现在需要计算一个数据，而这个数据的计算比较耗时，而我们后面的程序也要用到这个数据结果，那么这个时Callable岂不是最好的选择？我们可以开设一个线程去执行计算，而主线程继续做其他事，而后面需要使用到这个数据时，我们再使用Future获取不就可以了吗？下面我们就来编写一个这样的实例
3.1 使用Callable+Future获取执行结果
Callable实现类如下：
  1. package com.zejian.Executor;
  2. import java.util.concurrent.Callable;
  3. /**
  4. * @author zejian
  5. * @time 2016年3月15日 下午2:02:42
  6. * @decrition Callable接口实例
  7. */
  8. public class CallableDemo implements Callable<Integer> {
  9. private int sum;
  10. @Override
  11. public Integer call() throws Exception {
  12. System.out.println("Callable子线程开始计算啦！");
  13. Thread.sleep(2000);
  14. for(int i=0 ;i<5000;i++){
  15. sum=sum+i;
  16. }
  17. System.out.println("Callable子线程计算结束！");
  18. return sum;
  19. }
  20. }

Callable执行测试类如下：

  1. package com.zejian.Executor;
  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  3. import java.util.concurrent.Executors;
  4. import java.util.concurrent.Future;
  5. /**
  6. * @author zejian
  7. * @time 2016年3月15日 下午2:05:43
  8. * @decrition callable执行测试类
  9. */
  10. public class CallableTest {
  11. public static void main(String[] args) {
  12. //创建线程池
  13. ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
  14. //创建Callable对象任务
  15. CallableDemo calTask=new CallableDemo();
  16. //提交任务并获取执行结果
  17. Future<Integer> future =es.submit(calTask);
  18. //关闭线程池
  19. es.shutdown();
  20. try {
  21. Thread.sleep(2000);
  22. System.out.println("主线程在执行其他任务");
  23. if(future.get()!=null){
  24. //输出获取到的结果
  25. System.out.println("future.get()-->"+future.get());
  26. }else{
  27. //输出获取到的结果
  28. System.out.println("future.get()未获取到结果");
  29. }
  30. } catch (Exception e) {
  31. e.printStackTrace();
  32. }
  33. System.out.println("主线程在执行完成");
  34. }
  35. }
执行结果：
Callable子线程开始计算啦！
主线程在执行其他任务
Callable子线程计算结束！
future.get()-->12497500
主线程在执行完成
3.2 使用Callable+FutureTask获取执行结果
  1. package com.zejian.Executor;
  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  3. import java.util.concurrent.Executors;
  4. import java.util.concurrent.Future;
  5. import java.util.concurrent.FutureTask;
  6. /**
  7. * @author zejian
  8. * @time 2016年3月15日 下午2:05:43
  9. * @decrition callable执行测试类
  10. */
  11. public class CallableTest {
  12. public static void main(String[] args) {
  13. //      //创建线程池
  14. //      ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
  15. //      //创建Callable对象任务
  16. //      CallableDemo calTask=new CallableDemo();
  17. //      //提交任务并获取执行结果
  18. //      Future<Integer> future =es.submit(calTask);
  19. //      //关闭线程池
  20. //      es.shutdown();
  21. //创建线程池
  22. ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
  23. //创建Callable对象任务
  24. CallableDemo calTask=new CallableDemo();
  25. //创建FutureTask
  26. FutureTask<Integer> futureTask=new FutureTask<>(calTask);
  27. //执行任务
  28. es.submit(futureTask);
  29. //关闭线程池
  30. es.shutdown();
  31. try {
  32. Thread.sleep(2000);
  33. System.out.println("主线程在执行其他任务");
  34. if(futureTask.get()!=null){
  35. //输出获取到的结果
  36. System.out.println("futureTask.get()-->"+futureTask.get());
  37. }else{
  38. //输出获取到的结果
  39. System.out.println("futureTask.get()未获取到结果");
  40. }
  41. } catch (Exception e) {
  42. e.printStackTrace();
  43. }
  44. System.out.println("主线程在执行完成");
  45. }
  46. }
执行结果：
Callable子线程开始计算啦！
主线程在执行其他任务
Callable子线程计算结束！
futureTask.get()-->12497500
主线程在执行完成
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