Java中的FutureTask源码解析

目录

• 一、简介
• 二、源码分析
• 1、成员属性
• 2、构造函数
• 3、核心方法
• 三、示例
• 第一种方式：Future + ExecutorService
• 第二种方式：FutureTask + ExecutorService
• 第三种方式：FutureTask + Thread
• 四、总结

一、简介

1、FutureTask是一个可取消的异步计算。这个类是Future的实现类，有开始和取消一个计算的方法，如果一个计算已经完成可以查看结果。如果在计算没有完成的情况下调用get获取计算结果会阻塞。且一旦任务完成后，计算不能重新开始或被取消，除非计算被runAndReset调用执行。

2、FutureTask被用来去封装一个Callable或者Runnable，一个FutureTask能够被submit作为一个Executor

3、FutureTask 的线程安全由CAS来保证。

二、源码分析

1、成员属性

 public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
        //state表示PYnqgdhmG的任务的状态
        private volatile int state;
        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;
        //任务
        private Callable<V> callable;
        //存储任务完成以后的结果
        private Object outcome; 
        //执行当前任务的线程
        private volatile Thread runner;
        //执行当前任务被阻塞的线程
        private volatile WaitNode waiters;
    }

可能有的状态转换：

NEW -> COMPLETING -> NORMAL
NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL
NEW -> CANCELLED
NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED

注意：state用volatile修饰的，如果在多线程并发的情况下，某一个线程改变了任务的状态，其他线程都能够立马知道，保证了state字段的可见性。

2、构造函数

 public FutureTask(Callable<V> callable) {
            if (callable == null)
                throw new NullPointerException();
            this.callable = callable;
            this.state = NEW; 
        }
    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
            this.callable = Ex编程ecutors.callable(runnable, result);
            this.state = NEW; 
        }

很好的诠释了FutureTask封装了Runnable或Callable，构造完成后将任务的状态变为NEW。同时注意，封装Runnable时用的Executors的静态方法callable

顺带看下Executors.callable()这个方法，这个方法的功能是把Runnable转换成Callable，代码如下:

public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
    if (task == null)
       throw new NullPointerException();
    return new RunnableAdapter<T>(task, result);
}
static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
    final Runnable task;
    final T result;
    RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
        this.task = task;
        this.result = result;
    }
    public T call() {
        task.run();
        return result;
    }
}

所以，FutureTask封装Runnable使用了适配器模式的设计模式

3、核心方法

 //运行任务的方法
    public void run() {
            if (state != NEW ||
                !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, androidrunnerOffset,
                                             null, Thread.currentThread()))
                return;
            try {
                Callable<V> c = callable;  //得到当前任务
                if (c != null && state == NEW) {
                    V result;
                    boolean ran;
                    try {
                        result = c.call();  //当前任务调用call方法，执行，同时，执行完后将结果返回
                        ran = true;
                    } catch (Throwable ex) {
                        result = null;
                        ran = false;
                        setException(ex);
                    }
                    if (ran)  //表示任务执行成功
                        set(result);  //CAS改变任务的状态从NEW->COMPLETING->NORMAL，同时将任务返回的结果保存到outcome属性中，再移除并唤醒所有等待线程
                }
            } finally {
                runner = null;
                int s = state;
                if (s >= INTERRUPTING)
                    handlePossibleCancellationInterrupt(s);
            }
        }
    protected void set(V v) {
            if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
                outcome = v;  //将任务成功执行完后返回的结果保存到outcome中
                UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // 最python终的状态，表示任务结束
                finishCompletion();   //移除并唤醒所有等待线程
            }
        }
    //该方法用于移除并唤醒所有等待线程
    private void finishCompletion() {
            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);  //唤醒
                        }
                        WaitNode next = q.next;
                        if (next == null)
                            break;
                        q.next = null; // unlink to help gc
                        q = next;
                    }
                    break;
                }
            }
            done();
            callable = null;    
        }
    public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
            if (!(state == NEW &&
                  UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW,
                      mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLEphpD)))
                return false;
            try {    
                if (mayInterruptIfRunning) {
                    try {
                        Thread t = runner;
                        if (t != null)
                            t.interrupt();   //打断
                    } finally { // 设置成为最终态INTERRUPTED
                        UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, INTERRUPTED);
                    }
                }
            } finally {
                finishCompletion();  //移除并唤醒所有等待线程
            }
            return true;
        }
        public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
            int s = state;
            if (s <= COMPLETING)
                s = awaitDone(false, 0L);  //如果任务没有完成或者其他的问题，将阻塞；创建一个新节点存入阻塞栈中
            return report(s);
        }
        public V get(long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
            if (unit == null)
                throw new NullPointerException();
            int s = state;
            if (s <= COMPLETING &&
                (s = awaitDone(true, unit.toNanos(timeout))) <= COMPLETING)
                throw new TimeoutException();
            return report(s);
        }
    private V report(int s) throws ExecutionException {
            Object x = outcome;
            if (s == NORMAL)
                return (V)x;
            if (s >= CANCELLED)
                throw new CancellationException();
            throw new ExecutionException((Throwable)x);
        }

三、示例

常用使用方式：

• 第一种方式: Future + ExecutorService
• 第二种方式: FutureTask + ExecutorService
• 第三种方式: FutureTask + Thread

第一种方式：Future + ExecutorService

public class FutureDemo {
      public static void main(String[] args) {
          ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
          Future future = executorService.submit(new Callable<Object>() {
              @Override
              public Object call() throws Exception {
                  Long start = System.currentTimeMillis();
                  while (true) {
                      Long current = System.currentTimeMillis();
                     if ((current - start) > 1000) {
                         return 1;
                     }
                 }
             }
         });
         try {
             Integer result = (Integer)future.get();
             System.out.println(result);
         }catch (Exception e){
             e.printStackTrace();
         }
     }
}

第二种方式：FutureTask + ExecutorService

ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
          Task task = new Task();
          FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);
          executor.submit(futureTask);

第三种方式：FutureTask + Thread

FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new Task());
        Thread thread = new Thread(futureTask);
        thread.setName("Task thread");
        thread.start();

四、总结

1、FutureTask用来封装Runnable或者Callable接口，可以当成一个任务。

2、在Java并发程序中FutureTask表示一个可以取消的异步运算。它有启动和取消运算、查询运算是否完成和取回运算结果等方法。只有当运算完成的时候结果才能取回，如果运算尚未完成get方法将会阻塞。一个FutureTask对象可以对调用了Callable和Runnable的对象进行包装，由于FutureTask也是调用了Runnable接口所以它可以提交给Executor来执行。

3、FutureTask可用于异步获取执行结果或取消执行任务的场景，通过传入Runnable或者Callable的任务给FutureTask，直接调用其run方法或者放入线程池执行，之后可以在外部通过FutureTask的get方法异步获取执行结果，因此，FutureTask非常适合用于耗时的计算，主线程可以在完成自己的任务后，再去获取结果。另外，FutureTask还可以确保即使调用了多次run方法，它都只会执行一次Runnable或者Callable任务，或者通过cancel取消FutureTask的执行等。

4、FutureTask间接继承了Runnable和Callable

5、FutureTask的线程安全由CAS操作来保证

6、FutureTask结果返回机制 ：只有任务成功执行完成后，通过get方法能够得到任务返回的结果，其他情况都会导致阻塞。

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