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Java并發(fā)編程（1）- Callable、Future和FutureTask

作者：修羅debug
版權聲明：本文為博主原創(chuàng)文章，遵循 CC 4.0 by-sa 版權協議，轉載請附上原文出處鏈接和本聲明。

擼過JavaSE（即Java基礎技術棧）的小伙伴都知道，實現多線程有兩種方式，一種是繼承Thread,即extends Thread 然后實現其中的run()方法；另外一種是實現Runnable接口，即implements Runnable，然后實現其中的run()方法；仔細觀察這兩種方式，會發(fā)現這兩者都不能返回線程異步執(zhí)行完的結果，但在實際項目開發(fā)中卻偶爾需要獲取其中的返回結果，咋辦嘞？于是乎Callable和Future就排上用場了，本文我們將對其做一番詳盡的介紹！

還是先介紹下多線程的傳統(tǒng)實現方式吧，如下代碼所示：

public class ThreadUtil {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Thread thread=new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("---子線程正在執(zhí)行---"+Thread.currentThread().getName());
                Map<String,Object> dataMap=Maps.newHashMap();
                dataMap.put("id",10010);
                dataMap.put("name","steadyjack");
                dataMap.put("nickName","多隆");
                System.out.println("---子線程執(zhí)行后得到的結果："+dataMap);
            }
        });
        try {
            thread.start();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("---主線程正在執(zhí)行---"+Thread.currentThread().getName());
    }
}

在上述代碼中，我們首先通過一個實現Runnable接口的匿名實現類創(chuàng)建了一個線程對象實例，即thread，并編寫實現了其中run()方法的代碼邏輯（而這就是該線程要執(zhí)行的任務），主要是構造一個私有變量Map<String,Object>，并將相關的數據塞入進去。

點擊運行該代碼后，顯而易見可以預測其運行結果：

從上述編寫的代碼以及運行結果來看，會發(fā)現如果我們想獲取得到dataMap的內容是很困難的，因為run()方法的返回值為void；當然啦，也不是完全沒有辦法，在上面的條件下，如果想要獲取到dataMap并做進一步的操作的話，則可以將dataMap定義為全局的共享變量，或者使用線程通信的方式來達到效果，如下所示為通過共享全局變量的方式：

public class ThreadUtil {
private static final Map<String,Object> dataMap=Maps.newHashMap();
    
    ………
}

之后就可以在該類的其他地方使用了！

但這種方式有個很明顯的弊端，那就是多線程共享、并發(fā)訪問可能會出現安全性問題，即如果開啟10個線程，每個線程需要對dataMap里頭的key，即id 加1，在高并發(fā)的情況下其最終的運行效果很可能不一定是 10020 （因為初始值為10010，每個線程加1次，10個線程下來就是加10次，理想情況下為10020），如下圖所示：

但有時候我們在項目里頭既要用到異步（為了解耦）、也想要獲取異步執(zhí)行的結果，可以說是“魚和熊掌皆想兼得”：

于是乎這個重任就落到了Callable和Future身上了，這是JDK從1.5版本開始就已經提供了，可以通過它們實現在任務異步執(zhí)行完畢之后得到任務的執(zhí)行結果。

看到這里，可能有些小伙伴會發(fā)問：為什么通過Callable就可以獲取到線程異步執(zhí)行的結果呢？這一切還得回歸到源碼身上，如下所示為Callable的定義：

public interface Callable<V> {
    /**
     * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
     *
     * @return computed result
     * @throws Exception if unable to compute a result
     */
    V call() throws Exception;
}

會發(fā)現它跟Runnable一樣都是接口，但區(qū)別在于創(chuàng)建Callable時可以傳入一個泛型V，而這個泛型類型V會發(fā)現真是call()方法執(zhí)行后返回的結果（call()方法的作用類似于run()方法，反正都是指一個線程要執(zhí)行的任務），OK，到此謎底就解開了！

那么怎么使用Callable呢？在Java里面可以通過調用ExecutorService類里面的相關API來使用Callable，如下圖所示：

仔細觀察上圖，會發(fā)現如果想要獲取線程執(zhí)行Callable類型任務后的結果時，需要通過Future進行獲取，那么Future為何物呢？

Future，也是一個接口，可以對具體的Runnable或者Callable任務的執(zhí)行結果進行取消、查詢是否完成、獲取結果，必要時可以通過get()方法獲取執(zhí)行結果，該方法會阻塞直到任務返回結果，如下圖所示：

從上圖中可以得知，在Future接口中聲明了5個方法，下面依次解釋每個方法的作用：

（1）cancel()：該方法用來取消任務，如果取消任務成功則返回true，如果取消任務失敗則返回false；方法里的參數mayInterruptIfRunning表示是否允許取消正在執(zhí)行卻沒有執(zhí)行完畢的任務，如果設置true，則表示可以取消正在執(zhí)行過程中的任務；如果任務已經完成，則無論mayInterruptIfRunning為true還是false，此方法肯定返回false，即如果取消已經完成的任務會返回false；如果任務正在執(zhí)行，若mayInterruptIfRunning設置為true，則返回true，若mayInterruptIfRunning設置為false，則返回false；如果任務還沒有執(zhí)行，則無論mayInterruptIfRunning為true還是false，肯定返回true。

（2）isCancelled()：該方法表示任務是否被取消成功，如果在任務正常完成前被取消成功，則返回 true；

（3）isDone()：該方法表示任務是否已經完成，若任務已經完成，則返回true；

（4）get()：該方法用來獲取線程的執(zhí)行結果，這個方法會產生阻塞，會一直等到任務執(zhí)行完畢才返回；

（5）get(long timeout, TimeUnit unit)：用來獲取執(zhí)行結果，如果在指定時間內，還沒獲取到結果，就直接返回null。

綜上所述，Future提供了三種功能：判斷任務是否完成；可以中斷任務；可以獲取任務的執(zhí)行結果；

實踐是檢驗整理的唯一標準，我們還是需要編寫一定的代碼進行驗證，如下代碼所示我們先定義一個線程實現類：

public class ProductThread implements Callable<Map<String,Object>>{
    private Map<String,Object> dataMap;

    @Override
    public Map<String, Object> call() throws Exception {
        System.out.println("---子線程在執(zhí)行任務---");
        Thread.sleep(3000);

        dataMap=Maps.newHashMap();
        dataMap.put("id",10010);
        dataMap.put("name","steadyjack");
        dataMap.put("nickName","多隆");
        return dataMap;
    }
}

然后通過ExecutorService調用相應的API執(zhí)行該任務，如下代碼所示：

public class ThreadUtil {
    private static final Map<String,Object> dataMap=Maps.newHashMap();

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        ArrayBlockingQueue queue=new ArrayBlockingQueue(2);
        ExecutorService executorService=new ThreadPoolExecutor(2,4,1, TimeUnit.MINUTES,queue);
        Future<Map<String,Object>> future=executorService.submit(new ProductThread());
        executorService.shutdown();
        System.out.println("---主線程在執(zhí)行任務---");

        Map<String,Object> map=future.get();
        System.out.println("子線程執(zhí)行結果："+map);
    }
}

點擊運行代碼后即可得到最終的運行效果，如下圖所示：

從該運行結果中可以得知，當調用executorService.submit()方法時，主線程main會開啟一個異步的子線程去執(zhí)行ProductThread中的任務，然后繼續(xù)往后面的代碼走，即繼續(xù)執(zhí)行executorService.shutdown()、System.out.println("---主線程在執(zhí)行任務---");等代碼；最后是通過future.get()獲取線程最終異步執(zhí)行返回的結果。

至此我們已經通過Callable + Future組合實現兩個目的：

（1）開啟異步的線程執(zhí)行相應的任務（解耦；提高系統(tǒng)吞吐量，提高資源利用率）

（2）可以獲取到異步執(zhí)行后的結果

有了這兩大利器，其實在實際項目開發(fā)中就已經夠用了，但JDK的開源者很用心，還提供了另外一大利器FutureTask，那么為啥要有這玩意呢？很簡單，因為Future是一個接口，所以無法直接通過new來創(chuàng)建對象，因此就有了FutureTask；我們先來看下它的定義吧：

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {}

它實現了RunnableFuture接口，而RunnableFuture接口的定義如下所示：

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    /**
     * Sets this Future to the result of its computation
     * unless it has been cancelled.
     */
    void run();
}

從中可以看出RunnableFuture繼承了Runnable接口和Future接口，而FutureTask實現了RunnableFuture接口，所以它既可以作為Runnable被線程執(zhí)行，又可以作為Future得到Callable的返回值，想想都覺得確實挺牛逼：

話不多說，直接上代碼吧：

ArrayBlockingQueue queue=new ArrayBlockingQueue(2);
ExecutorService executorService=new ThreadPoolExecutor(2,4,1, TimeUnit.MINUTES,queue);
FutureTask<Map<String,Object>> futureTask=new FutureTask<Map<String, Object>>(new ProductThread());
executorService.execute(futureTask);
Map<String,Object> resMap=futureTask.get();
executorService.shutdown();
System.out.println("---主線程正在執(zhí)行任務---"+Thread.currentThread().getName());

System.out.println("--子線程執(zhí)行任務后得到的結果："+resMap);

運行結果如下圖所示：

從上述該源代碼中可以看出：
（1）futureTask可以作為Runnable被執(zhí)行：executorService.execute(futureTask);

（2）也可以當做Future獲取線程異步執(zhí)行后的結果：futureTask.get();

總結：

（1）代碼下載：關注“程序員實戰(zhàn)基地”微信公眾號（掃描下圖微信公眾號即可），回復“100”，即可獲取代碼下載鏈接；至此，我們已經介紹完了Callable、Future以及FutureTask相關基礎特性，下一篇我們將重點再詳細地介紹下FutureTask更層次的東西，歡迎關注debug的技術公眾號一起學習干貨技術吧！

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原文鏈接：https://fightjava.com/web/index/blog/article/85

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