Java - "JUC线程池" Callable与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：

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。