Java中Future、FutureTask原理以及与线程池的搭配使用

这篇文章主要为大家详细介绍了Java中Future、FutureTask原理以及与线程池的搭配使用,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下

Java中的Future和Future通常和线程池搭配使用,用来获取线程池返回执行后的返回值。我们假设通过Executors工厂方法构建一个线程池es ,es要执行某个任务有两种方式,一种是执行 es.execute(runnable) ,这种情况是没有返回值的; 另外一种情况是执行 es.submit(runnale)或者 es.submit(callable) ,这种情况会返回一个Future的对象,然后调用Future的get()来获取返回值。

Future

 public interface Future { boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning); boolean isCancelled(); boolean isDone(); V get() throws InterruptedException, ExecutionException; V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; }

Future是一个接口,他提供给了我们方法来检测当前的任务是否已经结束,还可以等待任务结束并且拿到一个结果,通过调用Future的get()方法可以当任务结束后返回一个结果值,如果工作没有结束,则会阻塞当前线程,直到任务执行完毕,我们可以通过调用cancel()方法来停止一个任务,如果任务已经停止,则cancel()方法会返回true;如果任务已经完成或者已经停止了或者这个任务无法停止,则cancel()会返回一个false。当一个任务被成功停止后,他无法再次执行。isDone()和isCancel()方法可以判断当前工作是否完成和是否取消。

线程池中有以下几个方法:

 public Future submit(Runnable task) { if (task == null) throw new NullPointerException(); RunnableFuture ftask = newTaskFor(task, null); execute(ftask); return ftask; }
 public  Future submit(Runnable task, T result) { if (task == null) throw new NullPointerException(); RunnableFuture ftask = newTaskFor(task, result); execute(ftask); return ftask; }
 public  Future submit(Callable task) { if (task == null) throw new NullPointerException(); RunnableFuture ftask = newTaskFor(task); execute(ftask); return ftask; }

都返回一个Future对象,仔细查看发现,所有的方法最终都将runnable或者callable转变成一个RunnableFuture的对象,这个RunnableFutre的对象是一个同时继承了Runnable和Future的接口

 public interface RunnableFuture extends Runnable, Future { void run(); }

然后调用executor(runnable)方法,关于executor(runnable)的具体实现我们后面再讲。最后返回一个RunnableFuture对象。RunnableFuture这个接口直有一个具体的实现类,那就时我们接下来要讲的FutureTask。

FutureTask

 public class FutureTask implements RunnableFuture

FutureTask实现了RunnableFuture的接口,既然我们知道最终返回的是一个FutureTask对象ftask,而且我们可以通过ftask.get()可以的来得到execute(task)的返回值,这个过程具体事怎么实现的了??这个也是本篇文章的所要讲的。

我们可以先来猜测一下它的实现过程,首先Runnable的run()是没有返回值的,所以当es.submit()的参数只有一个Runnable对象的时候,通过ftask.get()得到的也是一个null值,当参数还有一个result的时候,就返回这个result;如果参数是一个Callable的对象的时候,Callable的call()是有返回值的,同时这个call()方法会在转换的Runable对象ftask的run()方法中被调用,然后将它的返回值赋值给一个全局变量,最后在ftask的get()方法中得到这个值。猜想对不对了? 我们直接看源码。

将Runnable对象转为RunnableFuture的方法:

 protected  RunnableFuture newTaskFor(Runnable runnable, T value) { return new FutureTask(runnable, value); }
 public FutureTask(Runnable runnable, V result) { this.callable = Executors.callable(runnable, result); this.state = NEW; // ensure visibility of callable }

Executors::callable()

 public static  Callable callable(Runnable task, T result) { if (task == null) throw new NullPointerException(); return new RunnableAdapter(task, result); }

Executors的内部类RunnableAdapter

 static final class RunnableAdapter implements Callable { final Runnable task; final T result; RunnableAdapter(Runnable task, T result) { this.task = task; this.result = result; } public T call() { task.run(); return result; } }

将Callable对象转为RunnableFuture的方法:

 protected  RunnableFuture newTaskFor(Callable callable) { return new FutureTask(callable); }
 public FutureTask(Callable callable) { if (callable == null) throw new NullPointerException(); this.callable = callable; this.state = NEW; // ensure visibility of callable }

接下来我们来看execute(runnbale)的执行过程:

execute(runnable)最终的实现是在ThreadPoolExecutor,基本上所有的线程池都是通过ThreadPoolExecutor的构造方法传入不同的参数来构造的。

ThreadPoolExecutor::executor(runnable) :

 public void execute(Runnable command) { if (command == null) throw new NullPointerException(); int c = ctl.get(); if (workerCountOf(c) 

如上所示,这个过程分为三步:

Step 1:

如果当前线程池的的线程小于核心线程的数量的时候,就会调用addWorker检查运行状态和正在运行的线程数量,通过返回false来防止错误地添加线程,然后执行当前任务。

Step 2:

否则当前线程池的的线程大于核心线程的数量的时候,我们仍然需要先判断是否需要添加一个新的线程来执行这个任务,因为可能已经存在的线程此刻任务执行完毕处于空闲状态,这个时候可以直接复用。否则创建一个新的线程来执行此任务。

Step 3:

如果不能再添加新的任务,就拒绝。

执行execute(runnable)最终会回调runnable的run()方法,也就是FutureTask的对象ftask的run()方法,源码如下:

 public void run() { if (state != NEW || !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset, null, Thread.currentThread())) return; try { Callable 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); } }

通过执行result = c.call()拿到返回值,然后set(result) ,因此get()方法获得的值正是这个result。

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