Java多线程系列--Callable和Future

概要

本章介绍线程池中的Callable和Future。
Callable 和 Future 简介
示例和源码分析(基于JDK1.7.0_40)

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Callable 和 Future 简介

　　Callable 和 Future 是比较有趣的一对组合。当我们需要获取线程的执行结果时，就需要用到它们。Callable用于产生结果，Future用于获取结果。

1. Callable

Callable 是一个接口，它只包含一个call()方法。Callable是一个返回结果并且可能抛出异常的任务。

为了便于理解，我们可以将Callable比作一个Runnable接口，而Callable的call()方法则类似于Runnable的run()方法。

Callable的源码如下：

public interface Callable<V> {    V call() throws Exception;}

说明：从中我们可以看出Callable支持泛型。

 

2. Future

Future 是一个接口。它用于表示异步计算的结果。提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并获取计算的结果。

Future的源码如下：

public interface Future<V> {    // 试图取消对此任务的执行。    boolean     cancel(boolean mayInterruptIfRunning)    // 如果在任务正常完成前将其取消，则返回 true。    boolean     isCancelled()    // 如果任务已完成，则返回 true。    boolean     isDone()    // 如有必要，等待计算完成，然后获取其结果。    V           get() throws InterruptedException, ExecutionException;    // 如有必要，最多等待为使计算完成所给定的时间之后，获取其结果（如果结果可用）。    V             get(long timeout, TimeUnit unit)          throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;}

说明： Future用于表示异步计算的结果。它的实现类是FutureTask，在讲解FutureTask之前，我们先看看Callable, Future, FutureTask它们之间的关系图，如下：

说明：
(01) RunnableFuture是一个接口，它继承了Runnable和Future这两个接口。RunnableFuture的源码如下：

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {    void run();}

(02) FutureTask实现了RunnableFuture接口。所以，我们也说它实现了Future接口。

 

示例和源码分析(基于JDK1.7.0_40)

我们先通过一个示例看看Callable和Future的基本用法，然后再分析示例的实现原理。

 1 import java.util.concurrent.Callable; 2 import java.util.concurrent.Future; 3 import java.util.concurrent.Executors; 4 import java.util.concurrent.ExecutorService; 5 import java.util.concurrent.ExecutionException; 6  7 class MyCallable implements Callable { 8  9     @Override 10     public Integer call() throws Exception {11         int sum    = 0;12         // 执行任务13         for (int i=0; i<100; i++)14             sum += i;15         //return sum; 16         return Integer.valueOf(sum);17     } 18 }19 20 public class CallableTest1 {21 22     public static void main(String[] args) 23         throws ExecutionException, InterruptedException{24         //创建一个线程池25         ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();26         //创建有返回值的任务27         Callable c1 = new MyCallable();28         //执行任务并获取Future对象 29         Future f1 = pool.submit(c1);30         // 输出结果31         System.out.println(f1.get()); 32         //关闭线程池 33         pool.shutdown(); 34     }35 }

运行结果：

4950

结果说明：
　　在主线程main中，通过newSingleThreadExecutor()新建一个线程池。接着创建Callable对象c1，然后再通过pool.submit(c1)将c1提交到线程池中进行处理，并且将返回的结果保存到Future对象f1中。然后，我们通过f1.get()获取Callable中保存的结果；最后通过pool.shutdown()关闭线程池。

 

1. submit()

submit()在java/util/concurrent/AbstractExecutorService.java中实现，它的源码如下：

public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {    if (task == null) throw new NullPointerException();    // 创建一个RunnableFuture对象    RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);    // 执行“任务ftask”    execute(ftask);    // 返回“ftask”    return ftask;}

说明：submit()通过newTaskFor(task)创建了RunnableFuture对象ftask。它的源码如下：

protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {    return new FutureTask<T>(callable);}

 

2. FutureTask的构造函数

FutureTask的构造函数如下：

public FutureTask(Callable<V> callable) {    if (callable == null)        throw new NullPointerException();    // callable是一个Callable对象    this.callable = callable;    // state记录FutureTask的状态    this.state = NEW;       // ensure visibility of callable}

 

3. FutureTask的run()方法

我们继续回到submit()的源码中。
在newTaskFor()新建一个ftask对象之后，会通过execute(ftask)执行该任务。此时ftask被当作一个Runnable对象进行执行，最终会调用到它的run()方法；ftask的run()方法在java/util/concurrent/FutureTask.java中实现，源码如下：

public void run() {    if (state != NEW ||        !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,                                     null, Thread.currentThread()))        return;    try {        // 将callable对象赋值给c。        Callable<V> c = callable;        if (c != null && state == NEW) {            V result;            boolean ran;            try {                // 执行Callable的call()方法，并保存结果到result中。                result = c.call();                ran = true;            } catch (Throwable ex) {                result = null;                ran = false;                setException(ex);            }            // 如果运行成功，则将result保存            if (ran)                set(result);        }    } finally {        runner = null;        // 设置“state状态标记”        int s = state;        if (s >= INTERRUPTING)            handlePossibleCancellationInterrupt(s);    }}

说明：run()中会执行Callable对象的call()方法，并且最终将结果保存到result中，并通过set(result)将result保存。
　　    之后调用FutureTask的get()方法，返回的就是通过set(result)保存的值。