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

作者： 修羅debug
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擼過(guò)JavaSE（即Java基礎(chǔ)技術(shù)棧）的小伙伴都知道，實(shí)現(xiàn)多線程有兩種方式，一種是繼承Thread,即extends Thread 然后實(shí)現(xiàn)其中的run()方法；另外一種是實(shí)現(xiàn)Runnable接口，即implements Runnable，然后實(shí)現(xiàn)其中的run()方法；仔細(xì)觀察這兩種方式，會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩者都不能返回線程異步執(zhí)行完的結(jié)果，但在實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中卻偶爾需要獲取其中的返回結(jié)果，咋辦嘞？于是乎Callable和Future就排上用場(chǎng)了，本文我們將對(duì)其做一番詳盡的介紹！

  還是先介紹下多線程的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)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(jié)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(guò)一個(gè)實(shí)現(xiàn)Runnable接口的匿名實(shí)現(xiàn)類創(chuàng)建了一個(gè)線程對(duì)象實(shí)例，即thread，并編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)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(wù)），主要是構(gòu)造一個(gè)私有變量Map<String,Object>，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)塞入進(jìn)去。

  點(diǎn)擊運(yùn)行該代碼后，顯而易見(jiàn)可以預(yù)測(cè)其運(yùn)行結(jié)果：   


  從上述編寫(xiě)的代碼以及運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，會(huì)發(fā)現(xiàn)如果我們想獲取得到dataMap的內(nèi)容是很困難的，因?yàn)?span lang="EN-US">run()方法的返回值為void；當(dāng)然啦，也不是完全沒(méi)有辦法，在上面的條件下，如果想要獲取到dataMap并做進(jìn)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(lái)達(dá)到效果，如下所示為通過(guò)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(gè)很明顯的弊端，那就是多線程共享、并發(fā)訪問(wèn)可能會(huì)出現(xiàn)安全性問(wèn)題，即如果開(kāi)啟10個(gè)線程，每個(gè)線程需要對(duì)dataMap里頭的key，即id 加1，在高并發(fā)的情況下其最終的運(yùn)行效果很可能不一定是 10020 （因?yàn)槌跏贾禐?span lang="EN-US">10010，每個(gè)線程加1次，10個(gè)線程下來(lái)就是加10次，理想情況下為10020），如下圖所示：


  但有時(shí)候我們?cè)陧?xiàng)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(jié)果，可以說(shuō)是“魚(yú)和熊掌皆想兼得”：


  于是乎這個(gè)重任就落到了Callable和Future身上了，這是JDK從1.5版本開(kāi)始就已經(jīng)提供了，可以通過(guò)它們實(shí)現(xiàn)在任務(wù)異步執(zhí)行完畢之后得到任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。

  看到這里，可能有些小伙伴會(huì)發(fā)問(wèn)：為什么通過(guò)Callable就可以獲取到線程異步執(zhí)行的結(jié)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(huì)發(fā)現(xiàn)它跟Runnable一樣都是接口，但區(qū)別在于創(chuàng)建Callable時(shí)可以傳入一個(gè)泛型V，而這個(gè)泛型類型V會(huì)發(fā)現(xiàn)真是call()方法執(zhí)行后返回的結(jié)果（call()方法的作用類似于run()方法，反正都是指一個(gè)線程要執(zhí)行的任務(wù)），OK，到此謎底就解開(kāi)了！

  那么怎么使用Callable呢？在Java里面可以通過(guò)調(diào)用ExecutorService類里面的相關(guān)API來(lái)使用Callable，如下圖所示：


  仔細(xì)觀察上圖，會(huì)發(fā)現(xiàn)如果想要獲取線程執(zhí)行Callable類型任務(wù)后的結(jié)果時(shí)，需要通過(guò)Future進(jìn)行獲取，那么Future為何物呢？

  Future，也是一個(gè)接口，可以對(duì)具體的Runnable或者Callable任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行取消、查詢是否完成、獲取結(jié)果，必要時(shí)可以通過(guò)get()方法獲取執(zhí)行結(jié)果，該方法會(huì)阻塞直到任務(wù)返回結(jié)果，如下圖所示：


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

（1）cancel()：該方法用來(lái)取消任務(wù)，如果取消任務(wù)成功則返回true，如果取消任務(wù)失敗則返回false；方法里的參數(shù)mayInterruptIfRunning表示是否允許取消正在執(zhí)行卻沒(méi)有執(zhí)行完畢的任務(wù)，如果設(shè)置true，則表示可以取消正在執(zhí)行過(guò)程中的任務(wù)；如果任務(wù)已經(jīng)完成，則無(wú)論mayInterruptIfRunning為true還是false，此方法肯定返回false，即如果取消已經(jīng)完成的任務(wù)會(huì)返回false；如果任務(wù)正在執(zhí)行，若mayInterruptIfRunning設(shè)置為true，則返回true，若mayInterruptIfRunning設(shè)置為false，則返回false；如果任務(wù)還沒(méi)有執(zhí)行，則無(wú)論mayInterruptIfRunning為true還是false，肯定返回true。

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

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

（4）get()：該方法用來(lái)獲取線程的執(zhí)行結(jié)果，這個(gè)方法會(huì)產(chǎn)生阻塞，會(huì)一直等到任務(wù)執(zhí)行完畢才返回；

（5）get(long timeout, TimeUnit unit)：用來(lái)獲取執(zhí)行結(jié)果，如果在指定時(shí)間內(nèi)，還沒(méi)獲取到結(jié)果，就直接返回null。

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

  實(shí)踐是檢驗(yàn)整理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，我們還是需要編寫(xiě)一定的代碼進(jìn)行驗(yàn)證，如下代碼所示我們先定義一個(gè)線程實(shí)現(xiàn)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(wù)---");
        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(guò)ExecutorService調(diào)用相應(yīng)的API執(zhí)行該任務(wù)，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(wù)---");

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

  點(diǎn)擊運(yùn)行代碼后即可得到最終的運(yùn)行效果，如下圖所示：   


  從該運(yùn)行結(jié)果中可以得知，當(dāng)調(diào)用executorService.submit()方法時(shí)，主線程main會(huì)開(kāi)啟一個(gè)異步的子線程去執(zhí)行ProductThread中的任務(wù)，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(wù)---");等代碼；最后是通過(guò)future.get()獲取線程最終異步執(zhí)行返回的結(jié)果。

  至此我們已經(jīng)通過(guò)Callable + Future組合實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的：

（1）開(kāi)啟異步的線程執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)（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(jié)果

  有了這兩大利器，其實(shí)在實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中就已經(jīng)夠用了，但JDK的開(kāi)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(jiǎn)單，因?yàn)?span lang="EN-US">Future是一個(gè)接口，所以無(wú)法直接通過(guò)new來(lái)創(chuàng)建對(duì)象，因此就有了FutureTask；我們先來(lái)看下它的定義吧：   

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

  它實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)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(jué)得確實(shí)挺牛逼：


  話不多說(shuō)，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(wù)---"+Thread.currentThread().getName());

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

  運(yùn)行結(jié)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(dāng)做Future獲取線程異步執(zhí)行后的結(jié)果：futureTask.get();

總結(jié)：

（1）代碼下載：關(guān)注“程序員實(shí)戰(zhàn)基地”微信公眾號(hào)（掃描下圖微信公眾號(hào)即可），回復(fù)“100”，即可獲取代碼下載鏈接；至此，我們已經(jīng)介紹完了Callable、Future以及FutureTask相關(guān)基礎(chǔ)特性，下一篇我們將重點(diǎn)再詳細(xì)地介紹下FutureTask更層次的東西，歡迎關(guān)注debug的技術(shù)公眾號(hào)一起學(xué)習(xí)干貨技術(shù)吧！


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