Java FutureTask<V> 源码分析 Android上的实现
FutureTask类提供了可取消的异步计算,并且可以利用开始和取消计算的方法、查询计算是否完成的方法和获取计算结果的方法。
首先看一下继承关系
- public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>
- public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
- void run();
- }
FutureTask -> RunnableFuture -> Runnable,Future Runnable我们都知道就不说了,主要看一下Future接口。
- 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;
- }
也就是说当FutureTask的实例被一个线程执行以后,我们可以对它进行控制,比如终止任务,查询任务是否完成,获取结果等。
- public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
- /**
- * 这个类可能的几种过度状态
- * NEW -> COMPLETING -> NORMAL 新建-正在完成-正常完成
- * NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL 新建-正在完成-异常
- * NEW -> CANCELLED 新建-取消
- * NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED 新建-正在中断线程-已经中断
- */
- private volatile int state; //当前状态 注意volatile,因为这个类是为多线程使用而设计的
- 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;
- /** 用于执行任务并且返回结果 */
- private Callable<V> callable;
- /** 用于存放返回结果 另外如果出现异常那么就存放异常的引用 */
- private Object outcome; // non-volatile, protected by state reads/writes
- /** 当前执行该类的线程 */
- private volatile Thread runner;
- /** 等待锁队节点 */
- private volatile WaitNode waiters;
- /**
- * 根据state的值,判断任务是否正常完成。
- *
- * @param s 当前的状态值
- */
- @SuppressWarnings("unchecked")
- private V report(int s) throws ExecutionException {
- Object x = outcome;
- //如果状态为NORMAL 则正常返回结果。
- if (s == NORMAL)
- return (V)x;
- //如果状态>=CANCELLED 则抛出一个异常CancellationException 告诉用户任务已经终止。
- if (s >= CANCELLED)
- throw new CancellationException();
- //否则就是任务执行过程中出现异常,包装一下直接抛出。
- throw new ExecutionException((Throwable)x);
- }
- /**
- * 构造参数 传入callable对象,并且将当前状态state设置为null。
- */
- public FutureTask(Callable<V> callable) {
- if (callable == null)
- throw new NullPointerException();
- this.callable = callable;
- this.state = NEW; // ensure visibility of callable
- }
- /**
- * 传入runnable对象和result
- * 通过Executors包装一下,还是返回一个callable的实例
- * 在执行完runnable的任务后直接返回result
- */
- public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
- this.callable = Executors.callable(runnable, result);
- this.state = NEW; // ensure visibility of callable
- }
- /*
- * 判断任务是否取消
- */
- public boolean isCancelled() {
- return state >= CANCELLED;
- }
- /*
- * 如果任务已完成,则返回 true。
- * 可能由于正常终止、异常或取消而完成,在所有这些情况中,此方法都将返回 true。
- */
- public boolean isDone() {
- return state != NEW;
- }
- /**
- * 取消任务
- * mayInterruptIfRunning 如果应该中断执行此任务的线程,则为 true;否则允许正在运行的任务运行完成
- */
- public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
- //如果当前状态不是新创建时的状态 那么返回false
- //这种情况说明任务已经执行,那么当前状态的值就有俩种情况。
- //一种是任务正常完成 那么当前状态将的值会按照这个方向执行 NEW -> COMPLETING -> NORMAL
- //一种任务是执行中出现异常 那么当前状态的值会按照这个方向执行 NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL
- if (state != NEW)
- return false;
- if (mayInterruptIfRunning) {
- //设置当前状态为INTERRUPTING(正在设置线程的中断状态)
- if (!UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, INTERRUPTING))
- return false;
- Thread t = runner;
- if (t != null)
- //设置线程的中断状态
- t.interrupt();
- //设置当前状态为INTERRUPTED
- UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, INTERRUPTED); // final state
- }
- //如果当前状态为NEW 那么会把当前状态设置为 CANCELLED 然后调用finishCompletion,然后返回成功
- else if (!UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, CANCELLED))
- return false;
- //这个方法下面解释
- finishCompletion();
- return true;
- }
- /**
- * 获取任务的结果,如果任务未完成则线程进入等待状态。
- */
- public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
- int s = state;
- //如果任务未完成
- if (s <= COMPLETING)
- //等待完成 里面的是实现是等待队列
- s = awaitDone(false, 0L);
- //调用report方法来根据情况返回结果
- return report(s);
- }
- /**
- * 最多等待为使计算完成所给定的时间之后,获取其结果。
- */
- public V get(long timeout, TimeUnit unit)
- throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
- if (unit == null)
- throw new NullPointerException();
- int s = state;
- //如果超时任务未能完成就抛出TimeoutException
- if (s <= COMPLETING &&
- (s = awaitDone(true, unit.toNanos(timeout))) <= COMPLETING)
- throw new TimeoutException();
- //调用report方法来根据情况返回结果
- return report(s);
- }
- /**
- * 给子类扩展的方法,state状态发生改变时被调用。
- */
- protected void done() { }
- protected void set(V v) {
- //将状态先设置为COMPLETING正在完成,然后再设置为正常NORMAL
- if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
- outcome = v;
- UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
- //然后调用完成方法
- finishCompletion();
- }
- }
- protected void setException(Throwable t) {
- //将状态先设置为COMPLETING正在完成,然后再设置为异常EXCEPTIONAL
- if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
- outcome = t;
- UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // final state
- //然后调用完成方法
- finishCompletion();
- }
- }
- //任务开始方法
- public void run() {
- //任务不能多个线程同时运行。
- //如果第一次运行将runner设置为当前执行的线程。
- if (state != NEW ||
- !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
- null, Thread.currentThread()))
- return;
- try {
- Callable<V> c = callable;
- if (c != null && state == NEW) {
- V result;
- boolean ran;
- try {
- result = c.call();
- //任务正常完成 也就是没有出现异常,那么ran=true
- ran = true;
- } catch (Throwable ex) {
- //出现异常就调用setException方法,将状态state设置为EXCEPTIONAL
- result = null;
- ran = false;
- setException(ex);
- }
- //如果上面任务正常完成则调用set方法,那么将状态state设置为NORMAL
- if (ran)
- set(result);
- }
- } finally {
- runner = null;
- int s = state;
- //这里要判断一下,任务是否被取消过。
- if (s >= INTERRUPTING)
- handlePossibleCancellationInterrupt(s);
- }
- }
- /**
- * Executes the computation without setting its result, and then
- * resets this future to initial state, failing to do so if the
- * computation encounters an exception or is cancelled. This is
- * designed for use with tasks that intrinsically execute more
- * than once.
- *
- * @return true if successfully run and reset
- */
- protected boolean runAndReset() {
- if (state != NEW ||
- !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
- null, Thread.currentThread()))
- return false;
- boolean ran = false;
- int s = state;
- try {
- Callable<V> c = callable;
- if (c != null && s == NEW) {
- try {
- c.call(); // don't set result
- ran = true;
- } catch (Throwable ex) {
- setException(ex);
- }
- }
- } 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
- s = state;
- if (s >= INTERRUPTING)
- handlePossibleCancellationInterrupt(s);
- }
- return ran && s == NEW;
- }
- /**
- * 如果其他线程正在中午该任务,那么运行该任务的线程就暂时让出CPU时间
- * 一直到state=INTERRUPTED为止。
- */
- private void handlePossibleCancellationInterrupt(int s) {
- if (s == INTERRUPTING)
- while (state == INTERRUPTING)
- Thread.yield(); // wait out pending interrupt
- }
- /**
- * Simple linked list nodes to record waiting threads in a Treiber
- * stack. See other classes such as Phaser and SynchronousQueue
- * for more detailed explanation.
- */
- static final class WaitNode {
- volatile Thread thread;
- volatile WaitNode next;
- WaitNode() { thread = Thread.currentThread(); }
- }
- /**
- * 解锁所有等待队列当中的线程,让他们调用done方法。
- */
- private void finishCompletion() {
- // assert state > COMPLETING;
- for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
- if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
- for (;;) {
- Thread t = q.thread;
- if (t != null) {
- q.thread = null;
- LockSupport.unpark(t);
- }
- WaitNode next = q.next;
- if (next == null)
- break;
- q.next = null; // unlink to help gc
- q = next;
- }
- break;
- }
- }
- done();
- callable = null; // to reduce footprint
- }
- /**
- * 等待任务完成,在get方法中最后会调用到这里
- */
- private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
- throws InterruptedException {
- //计算一下需要等待的时间,有可能为0,为0的话就无限期等待。
- final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
- //一个等待节点
- WaitNode q = null;
- //是否加入队列
- boolean queued = false;
- for (;;) {
- //如果当且调用get方法的线程被interrupt 那么就把当前线程从等待队列remove
- //然后抛出异常
- if (Thread.interrupted()) {
- removeWaiter(q);
- throw new InterruptedException();
- }
- int s = state;
- //如果任务已经完成 不管是被暂停了 还是出现异常了 只要状态大于COMPLETING就返回。
- if (s > COMPLETING) {
- if (q != null)
- q.thread = null;
- return s;
- }
- else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
- //如果任务正在完成中(注意是ING进行时) 那么让出一会CPU时间在继续执行
- Thread.yield();
- else if (q == null)
- //创建等待节点
- q = new WaitNode();
- else if (!queued)
- //第一次创建的等待节点需要加入等待队列,这里加入队列等待。
- queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
- q.next = waiters, q);
- else if (timed) {
- //如果设置了等待 那么就得锁住线程等待,如果时间到了就返回状态。
- //方法 public V get(long timeout, TimeUnit unit) 这里会根据状态做后续处理。
- nanos = deadline - System.nanoTime();
- if (nanos <= 0L) {
- removeWaiter(q);
- return state;
- }
- LockSupport.parkNanos(this, nanos);
- }
- else
- //否则锁住线程等待其他线程解锁。
- LockSupport.park(this);
- }
- }
- /**
- * 这里就是循环线程队列,将当前等待节点remove掉
- */
- private void removeWaiter(WaitNode node) {
- if (node != null) {
- node.thread = null;
- retry:
- for (;;) { // restart on removeWaiter race
- for (WaitNode pred = null, q = waiters, s; q != null; q = s) {
- s = q.next;
- if (q.thread != null)
- pred = q;
- else if (pred != null) {
- pred.next = s;
- if (pred.thread == null) // check for race
- continue retry;
- }
- else if (!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
- q, s))
- continue retry;
- }
- break;
- }
- }
- }
- // Unsafe mechanics
- private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
- private static final long stateOffset;
- private static final long runnerOffset;
- private static final long waitersOffset;
- static {
- try {
- UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
- Class<?> k = FutureTask.class;
- stateOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
- (k.getDeclaredField("state"));
- runnerOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
- (k.getDeclaredField("runner"));
- waitersOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
- (k.getDeclaredField("waiters"));
- } catch (Exception e) {
- throw new Error(e);
- }
- }
- }
由此可见此类的设计还是非常复杂的,不得不佩服老外们的逻辑思维能力,相当的缜密,上面一些关于状态的转换过程还是比较复杂的,
因为要考虑到多线程的情况,还要考虑到状态转换时的线程安全问题等等。具体奥妙还的自己分析源码慢慢体会。
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