关于Future机制原理及解析

目录

• future机制是
• 应用
• 原理
• get()
• run()
• set()
• finishCompletion()
• 总结

future机制是

在通过线程去执行某个任务的时候，如果比较耗时，我们可以通过futureTask机制，异步返回，继续去执行其他的任务，在需要获取执行结果的时候，通过future.get()方法去获取，如果任务没有执行完毕，会通过lockSupport.park()方法去阻塞主线程，直到run()方法执行完毕之后，会通过lockSupport.unpark()方法去唤醒线www.devze.com程

应用

public class FutureTest {
  public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    MyThread myThread = new MyThread();
    FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(myThread);
    /**
    * 同一个futureTask对象，通过多个线程进行多次调用，但是只会执行一次
    * 如果是计算的操作，需要进行多次计算操作，需要声明不同的futureTask对象
    */
    new Thread(futureTask, "A").start();
    new Thread(futureTask, "B").start();
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "测试，在调用future.get()方法之前，可以执行其他逻辑 ");
    System.out.println(futureTask.get());
    System.out.println("测试futureTask的get方法阻塞");
  }
}

class MyThread implements Callable<String> {

  @Override
  public String call() throws Exception {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 测试callable");
    TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
    return "success";
  }
}

这里就是模拟thread比较耗时，此时就可以通过futureTask异步返回之后，在需要使用的时候，调用其get方法去获取执行结果，如果call()方法还没有执行完，那futureTask.get()方法会一直阻塞，直到线程执行完毕，获取到执行结果

原理

我们先说future.get()是如何阻塞的，也就是说在线程对应的方法还未执行完时，主线程如何去阻塞？

在源码中，有一个重要的属性

private volatile int state;
  /**
  * 在构造函数中，设置为new
  */
  private static final int NEW     = 0;
  /**
  * 线程正常执行完毕，通过CAS将state修改为completing
  */
  private static final int COMPLETING  = 1;
  /**
  *
  */
  private static final int NORMAL    = 2;
  /**
  * 执行线程的时候，如果抛出异常，通过cas修改为exceptional
  */
  private static final int EXCEPTIONAL = 3;
  /**
  * 如果调用了cancel(boolean mayInterruptIfRunning)方法
  * 入参的mayInterruptIfRunning为true，就通过cas将state设置为INTERRUPTING
  * 如果为false，就通过cas将state修改为cancelled
  */
  private static final int CANCELLED  = 4;
  private static final int INTERRUPTING = 5;
  /**
  * 在调用cancel()方法，入参为true的情况下，如果中断成功，通过cas将state从
  * INTERRUPTING修改为INTERRUPTED
  */
  private static final int INTERRUPTED = 6;

接着来说get()方法

get()

可以看到，在get()方法中，会先判断当前state是否小于等于 COMPLETING，如果是，就去阻塞

/**
  * @throws CancellationException {@inheritDoc}
  * 在调用future.get()方法的时候，如果线程的run()没有执行完毕，主线程会等待，直到run()方法正确的执行完毕
  * 在内部，是通过lockSupport.park()方法去阻塞线程的
  * 在该机制中，涉及到一个state状态标识
  */
  public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {开发者_Python教程
    int s = state;
    if (s <= COMPLETING)
      s = awaitDone(false, 0L);
    return report(s);
  }

对于get方法来说，最为核心的逻辑是在awaitDone()方法中，在该方法中，会调用lockSupport.park(this)，去阻塞当前线程；

所以，我们可以知道，如果主线程在调用future.get()方法的时候，假如此时run()方法还没有执行完毕，会阻塞当前线程，那阻塞之后，总要有一个地方去唤起，在run()方法正常执行完毕之后，会唤醒当前阻塞的线程，继续执行业务逻辑

run()

public void run() {
    /**
    * 1.校验当前state是否是new状态且通过cas设置当前线程成功
    */
    if (state != NEW ||
      !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                    null, Thread.currentThread()))
      return;
    try {
      Callable<V> c = callable;
      /**
      * 2.校验当前线程中的callable是否有效且state为new
      */
      if (c != null && state == NEW) {
        V result;
        boolean ran;
        try {
          /**
          * 2.1 执行call()方法，如果正常执行完毕，设置ran为true
           */
          result = c.call();
          ran = true;
        } catch (Throwable ex) {
          result = null;
          ran = false;
          /**
          * 2.2 假如执行报错，被捕获到，在setException方法中，也会去唤醒阻塞的线程
          */
          setException(ex);
        }
        /**
        * 3.如果ran为true，就调用set方法，在set方法中，有一步跟重要的操作，就是通过lockSupport.unpark()唤醒线程
        */
        if (ran)
          set(result);
      }
    } 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
      int s = state;
      if (s >= INTERRUPTING)
        handlePossibleCancellationInterrupt(s);
    }
  }

在这里的run()方法中，setException和set(result)方法中，都会调用一个方法：finishCompletion()

set()

 /*
 * 在set方法中，会通过cas更新当前的state状态
  * 然后在调用finishCompletion的时候，会唤醒阻塞的线程
  * @param v the value
  */
  protected void set(V v) {
    if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
      outcome = v;
      UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
      finishCompletion();
    }
  }

在线程正常执行完之后，会通过cas将state的状态从new修改为completing，然后再修改为normal

finishCompletion()

/**
  * Removes and signals all waiting threads, invokes done(), and
  * nulls out callable.
  * 这个方法大致的意思是：从等待队列中获取到当前在等待的线程信息，然后通过cas将q设置为null
  * 最后会通过lockSupport.unPark()方法唤醒线程
  */
 http://www.devze.com private void finishCompletion() {
    // assert state > COMPLETING;
    /**
    * 1.从waiters中获取到等待的节点
    */
    for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
   python   /**
      * 2.通过cas将q设置为null
      */
      if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
        for (;;) {
          Thread t = q.thread;
          /**
          * 3.唤醒线程
          */
          if (t != null) {
            q.thread = null;
            LockSuppwww.devze.comort.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
  }

这个方法也不需要做过多解释了，就是从waitNode中，获取到当前等待的线程，然后唤醒

总结

所以：对于future.get()方法，如果run()方法没有执行完成，该方法会阻塞线程，并且在方法正常执行完毕之后，唤醒阻塞的线程，继续去执行对应的业务代码

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持我们。