Java - "JUC线程池" Callable与Future

Java多线程系列--“JUC线程池”06之 Callable和Future

Callable 和 Future 简介

　　Callable 和 Future 是比较有趣的一对组合。当我们需要获取线程的执行结果时，就需要用到它们。Callable用于产生结果，Future用于获取结果。

1. Callable

Callable 是一个接口，它只包含一个call()方法。Callable是一个返回结果并且可能抛出异常的任务。

为了便于理解，我们可以将Callable比作一个Runnable接口，而Callable的call()方法则类似于Runnable的run()方法。

Callable的源码如下：

public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

说明：从中我们可以看出Callable支持泛型。

2. Future

Future 是一个接口。它用于表示异步计算的结果。提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并获取计算的结果。

Future的源码如下：

public interface Future<V> {
    // 试图取消对此任务的执行。
    boolean     cancel(boolean mayInterruptIfRunning)

    // 如果在任务正常完成前将其取消，则返回 true。
    boolean     isCancelled()

    // 如果任务已完成，则返回 true。
    boolean     isDone()

    // 如有必要，等待计算完成，然后获取其结果。
    V           get() throws InterruptedException, ExecutionException;

    // 如有必要，最多等待为使计算完成所给定的时间之后，获取其结果（如果结果可用）。
    V             get(long timeout, TimeUnit unit)
          throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

说明： Future用于表示异步计算的结果。它的实现类是FutureTask，在讲解FutureTask之前，我们先看看Callable, Future, FutureTask它们之间的关系图，如下：

说明：
(01) RunnableFuture是一个接口，它继承了Runnable和Future这两个接口。RunnableFuture的源码如下：

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

(02) FutureTask实现了RunnableFuture接口。所以，我们也说它实现了Future接口。

示例和源码分析(基于JDK1.7.0_40)

我们先通过一个示例看看Callable和Future的基本用法，然后再分析示例的实现原理。

 1 import java.util.concurrent.Callable;
 2 import java.util.concurrent.Future;
 3 import java.util.concurrent.Executors;
 4 import java.util.concurrent.ExecutorService;
 5 import java.util.concurrent.ExecutionException;
 6
 7 class MyCallable implements Callable {
 8
 9     @Override
10     public Integer call() throws Exception {
11         int sum    = 0;
12         // 执行任务
13         for (int i=0; i<100; i++)
14             sum += i;
15         //return sum;
16         return Integer.valueOf(sum);
17     }
18 }
19
20 public class CallableTest1 {
21
22     public static void main(String[] args)
23         throws ExecutionException, InterruptedException{
24         //创建一个线程池
25         ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
26         //创建有返回值的任务
27         Callable c1 = new MyCallable();
28         //执行任务并获取Future对象
29         Future f1 = pool.submit(c1);
30         // 输出结果
31         System.out.println(f1.get());
32         //关闭线程池
33         pool.shutdown();
34     }
35 }

运行结果：

4950

结果说明：
　　在主线程main中，通过newSingleThreadExecutor()新建一个线程池。接着创建Callable对象c1，然后再通过pool.submit(c1)将c1提交到线程池中进行处理，并且将返回的结果保存到Future对象f1中。然后，我们通过f1.get()获取Callable中保存的结果；最后通过pool.shutdown()关闭线程池。

1. submit()

submit()在java/util/concurrent/AbstractExecutorService.java中实现，它的源码如下：

public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
    if (task == null) throw new NullPointerException();
    // 创建一个RunnableFuture对象
    RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
    // 执行“任务ftask”
    execute(ftask);
    // 返回“ftask”
    return ftask;
}

说明：submit()通过newTaskFor(task)创建了RunnableFuture对象ftask。它的源码如下：

protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
    return new FutureTask<T>(callable);
}

2. FutureTask的构造函数

FutureTask的构造函数如下：

public FutureTask(Callable<V> callable) {
    if (callable == null)
        throw new NullPointerException();
    // callable是一个Callable对象
    this.callable = callable;
    // state记录FutureTask的状态
    this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
}

3. FutureTask的run()方法

我们继续回到submit()的源码中。
在newTaskFor()新建一个ftask对象之后，会通过execute(ftask)执行该任务。此时ftask被当作一个Runnable对象进行执行，最终会调用到它的run()方法；ftask的run()方法在java/util/concurrent/FutureTask.java中实现，源码如下：

public void run() {
    if (state != NEW ||
        !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                     null, Thread.currentThread()))
        return;
    try {
        // 将callable对象赋值给c。
        Callable<V> c = callable;
        if (c != null && state == NEW) {
            V result;
            boolean ran;
            try {
                // 执行Callable的call()方法，并保存结果到result中。
                result = c.call();
                ran = true;
            } catch (Throwable ex) {
                result = null;
                ran = false;
                setException(ex);
            }
            // 如果运行成功，则将result保存
            if (ran)
                set(result);
        }
    } finally {
        runner = null;
        // 设置“state状态标记”
        int s = state;
        if (s >= INTERRUPTING)
            handlePossibleCancellationInterrupt(s);
    }
}

说明：run()中会执行Callable对象的call()方法，并且最终将结果保存到result中，并通过set(result)将result保存。
　　    之后调用FutureTask的get()方法，返回的就是通过set(result)保存的值。