Java多线程编程:Callable、Future和FutureTask浅析(多线程编程之四)

Java多线程:Callable、Future和FutureTask浅析(多线程编程之四)

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。

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,该方法将抛出异常。
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。


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)

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. public class CallableDemo implements Callable<Integer> {
  4.     private int sum;
  5.     @Override
  6.     public Integer call() throws Exception {
  7.         System.out.println(“Callable子线程开始计算啦!”);
  8.         Thread.sleep(2000);
  9.         for(int i=0 ;i<5000;i++){
  10.             sum=sum+i;
  11.         }
  12.         System.out.println(“Callable子线程计算结束!”);
  13.         return sum;
  14.     }
  15. }

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. public class CallableTest {
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         //创建线程池
  8.         ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
  9.         //创建Callable对象任务
  10.         CallableDemo calTask=new CallableDemo();
  11.         //提交任务并获取执行结果
  12.         Future<Integer> future =es.submit(calTask);
  13.         //关闭线程池
  14.         es.shutdown();
  15.         try {
  16.             Thread.sleep(2000);
  17.         System.out.println(“主线程在执行其他任务”);
  18.         if(future.get()!=null){
  19.             //输出获取到的结果
  20.             System.out.println(“future.get()–>”+future.get());
  21.         }else{
  22.             //输出获取到的结果
  23.             System.out.println(“future.get()未获取到结果”);
  24.         }
  25.         } catch (Exception e) {
  26.             e.printStackTrace();
  27.         }
  28.         System.out.println(“主线程在执行完成”);
  29.     }
  30. }
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. public class CallableTest {
  7.     public static void main(String[] args) {
  8. //      //创建线程池
  9. //      ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
  10. //      //创建Callable对象任务
  11. //      CallableDemo calTask=new CallableDemo();
  12. //      //提交任务并获取执行结果
  13. //      Future<Integer> future =es.submit(calTask);
  14. //      //关闭线程池
  15. //      es.shutdown();
  16.         //创建线程池
  17.         ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
  18.         //创建Callable对象任务
  19.         CallableDemo calTask=new CallableDemo();
  20.         //创建FutureTask
  21.         FutureTask<Integer> futureTask=new FutureTask<>(calTask);
  22.         //执行任务
  23.         es.submit(futureTask);
  24.         //关闭线程池
  25.         es.shutdown();
  26.         try {
  27.             Thread.sleep(2000);
  28.         System.out.println(“主线程在执行其他任务”);
  29.         if(futureTask.get()!=null){
  30.             //输出获取到的结果
  31.             System.out.println(“futureTask.get()–>”+futureTask.get());
  32.         }else{
  33.             //输出获取到的结果
  34.             System.out.println(“futureTask.get()未获取到结果”);
  35.         }
  36.         } catch (Exception e) {
  37.             e.printStackTrace();
  38.         }
  39.         System.out.println(“主线程在执行完成”);
  40.     }
  41. }
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
主要参考资料:
java并发编程的艺术

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