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Java多线程编程:Callable、Future和FutureTask浅析

 北极之北
发布于 2017/11/09 11:09
字数 2360
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我们知道创建线程的方式有两种,一种是实现Runnable接口,另一种是继承Thread,但是这两种方式都有个缺点,那就是在任务执行完成之后无法获取返回结果,那如果我们想要获取返回结果该如何实现呢?

是的,从JAVA SE 5.0开始引入了Callable和Future,通过它们构建的线程,在任务执行完成后就可以获取执行结果,今天我们就来聊聊线程创建的第三种方式,那就是实现Callable接口。

 

1.Callable<V>接口

我们先回顾一下java.lang.Runnable接口,就声明了run(),其返回值为void,当然就无法获取结果了。

[java] view plain copy

 print?

  1. public interface Runnable {  
  2.     public abstract void run();  
  3. }  

而Callable的接口定义如下

[java] view plain copy

 print?

  1. public interface Callable<V> {   
  2.       V   call()   throws Exception;   
  3. }   

该接口声明了一个名称为call()的方法,同时这个方法可以有返回值V,也可以抛出异常。嗯,对该接口我们先了解这么多就行,下面我们来说明如何使用,前篇文章我们说过,无论是Runnable接口的实现类还是Callable接口的实现类,都可以被ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor执行,ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor都实现了ExcutorService接口,而因此Callable需要和Executor框架中的ExcutorService结合使用,我们先看看ExecutorService提供的方法:

[java] view plain copy

 print?

  1. <T> Future<T> submit(Callable<T> task);  
  2. <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);  
  3. Future<?> submit(Runnable task);  

第一个方法:submit提交一个实现Callable接口的任务,并且返回封装了异步计算结果的Future。

第二个方法:submit提交一个实现Runnable接口的任务,并且指定了在调用Future的get方法时返回的result对象。

第三个方法:submit提交一个实现Runnable接口的任务,并且返回封装了异步计算结果的Future。

因此我们只要创建好我们的线程对象(实现Callable接口或者Runnable接口),然后通过上面3个方法提交给线程池去执行即可。还有点要注意的是,除了我们自己实现Callable对象外,我们还可以使用工厂类Executors来把一个Runnable对象包装成Callable对象。Executors工厂类提供的方法如下:

[java] view plain copy

 print?

  1. public static Callable<Object> callable(Runnable task)  
  2. public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result)  

2.Future<V>接口

Future<V>接口是用来获取异步计算结果的,说白了就是对具体的Runnable或者Callable对象任务执行的结果进行获取(get()),取消(cancel()),判断是否完成等操作。我们看看Future接口的源码:

[java] view plain copy

 print?

  1. public interface Future<V> {  
  2.     boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);  
  3.     boolean isCancelled();  
  4.     boolean isDone();  
  5.     V get() throws InterruptedException, ExecutionException;  
  6.     V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;  
  7. }  

方法解析:

V get() :获取异步执行的结果,如果没有结果可用,此方法会阻塞直到异步计算完成。

V get(Long timeout , TimeUnit unit) :获取异步执行结果,如果没有结果可用,此方法会阻塞,但是会有时间限制,如果阻塞时间超过设定的timeout时间,该方法将抛出异常。

boolean isDone() :如果任务执行结束,无论是正常结束或是中途取消还是发生异常,都返回true。

boolean isCanceller() :如果任务完成前被取消,则返回true。

boolean cancel(boolean mayInterruptRunning) :如果任务还没开始,执行cancel(...)方法将返回false;如果任务已经启动,执行cancel(true)方法将以中断执行此任务线程的方式来试图停止任务,如果停止成功,返回true;当任务已经启动,执行cancel(false)方法将不会对正在执行的任务线程产生影响(让线程正常执行到完成),此时返回false;当任务已经完成,执行cancel(...)方法将返回false。mayInterruptRunning参数表示是否中断执行中的线程。

 

通过方法分析我们也知道实际上Future提供了3种功能:(1)能够中断执行中的任务(2)判断任务是否执行完成(3)获取任务执行完成后额结果。

但是我们必须明白Future只是一个接口,我们无法直接创建对象,因此就需要其实现类FutureTask登场啦。

 

 

3.FutureTask类

我们先来看看FutureTask的实现

[java] view plain copy

 print?

  1. public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {  

FutureTask类实现了RunnableFuture接口,我们看一下RunnableFuture接口的实现:

[java] view plain copy

 print?

  1. public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {  
  2.     void run();  
  3. }  

分析:FutureTask除了实现了Future接口外还实现了Runnable接口,因此FutureTask也可以直接提交给Executor执行。 当然也可以调用线程直接执行(FutureTask.run())。接下来我们根据FutureTask.run()的执行时机来分析其所处的3种状态:

(1)未启动,FutureTask.run()方法还没有被执行之前,FutureTask处于未启动状态,当创建一个FutureTask,而且没有执行FutureTask.run()方法前,这个FutureTask也处于未启动状态。

(2)已启动,FutureTask.run()被执行的过程中,FutureTask处于已启动状态。

(3)已完成,FutureTask.run()方法执行完正常结束,或者被取消或者抛出异常而结束,FutureTask都处于完成状态。


下面我们再来看看FutureTask的方法执行示意图(方法和Future接口基本是一样的,这里就不过多描述了)

分析:

(1)当FutureTask处于未启动或已启动状态时,如果此时我们执行FutureTask.get()方法将导致调用线程阻塞;当FutureTask处于已完成状态时,执行FutureTask.get()方法将导致调用线程立即返回结果或者抛出异常。

(2)当FutureTask处于未启动状态时,执行FutureTask.cancel()方法将导致此任务永远不会执行。

当FutureTask处于已启动状态时,执行cancel(true)方法将以中断执行此任务线程的方式来试图停止任务,如果任务取消成功,cancel(...)返回true;但如果执行cancel(false)方法将不会对正在执行的任务线程产生影响(让线程正常执行到完成),此时cancel(...)返回false。

当任务已经完成,执行cancel(...)方法将返回false。

最后我们给出FutureTask的两种构造函数:

[java] view plain copy

 print?

  1. public FutureTask(Callable<V> callable) {  
  2. }  
  3. public FutureTask(Runnable runnable, V result) {  
  4. }  

3.Callable<V>/Future<V>/FutureTask的使用

通过上面的介绍,我们对Callable,Future,FutureTask都有了比较清晰的了解了,那么它们到底有什么用呢?我们前面说过通过这样的方式去创建线程的话,最大的好处就是能够返回结果,加入有这样的场景,我们现在需要计算一个数据,而这个数据的计算比较耗时,而我们后面的程序也要用到这个数据结果,那么这个时Callable岂不是最好的选择?我们可以开设一个线程去执行计算,而主线程继续做其他事,而后面需要使用到这个数据时,我们再使用Future获取不就可以了吗?下面我们就来编写一个这样的实例

3.1 使用Callable+Future获取执行结果

Callable实现类如下:

[java] view plain copy

 print?

  1. package com.zejian.Executor;  
  2. import java.util.concurrent.Callable;  
  3. /** 
  4.  * @author zejian 
  5.  * @time 2016年3月15日 下午2:02:42 
  6.  * @decrition Callable接口实例 
  7.  */  
  8. public class CallableDemo implements Callable<Integer> {  
  9.       
  10.     private int sum;  
  11.     @Override  
  12.     public Integer call() throws Exception {  
  13.         System.out.println("Callable子线程开始计算啦!");  
  14.         Thread.sleep(2000);  
  15.           
  16.         for(int i=0 ;i<5000;i++){  
  17.             sum=sum+i;  
  18.         }  
  19.         System.out.println("Callable子线程计算结束!");  
  20.         return sum;  
  21.     }  
  22. }  

Callable执行测试类如下:

 

 

[java] view plain copy

 print?

  1. package com.zejian.Executor;  
  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
  3. import java.util.concurrent.Executors;  
  4. import java.util.concurrent.Future;  
  5. /** 
  6.  * @author zejian 
  7.  * @time 2016年3月15日 下午2:05:43 
  8.  * @decrition callable执行测试类 
  9.  */  
  10. public class CallableTest {  
  11.       
  12.     public static void main(String[] args) {  
  13.         //创建线程池  
  14.         ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();  
  15.         //创建Callable对象任务  
  16.         CallableDemo calTask=new CallableDemo();  
  17.         //提交任务并获取执行结果  
  18.         Future<Integer> future =es.submit(calTask);  
  19.         //关闭线程池  
  20.         es.shutdown();  
  21.         try {  
  22.             Thread.sleep(2000);  
  23.         System.out.println("主线程在执行其他任务");  
  24.           
  25.         if(future.get()!=null){  
  26.             //输出获取到的结果  
  27.             System.out.println("future.get()-->"+future.get());  
  28.         }else{  
  29.             //输出获取到的结果  
  30.             System.out.println("future.get()未获取到结果");  
  31.         }  
  32.           
  33.         } catch (Exception e) {  
  34.             e.printStackTrace();  
  35.         }  
  36.         System.out.println("主线程在执行完成");  
  37.     }  
  38. }  

 

执行结果:

Callable子线程开始计算啦!

主线程在执行其他任务

Callable子线程计算结束!

future.get()-->12497500

主线程在执行完成

3.2 使用Callable+FutureTask获取执行结果

[java] view plain copy

 print?

  1. package com.zejian.Executor;  
  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
  3. import java.util.concurrent.Executors;  
  4. import java.util.concurrent.Future;  
  5. import java.util.concurrent.FutureTask;  
  6. /** 
  7.  * @author zejian 
  8.  * @time 2016年3月15日 下午2:05:43 
  9.  * @decrition callable执行测试类 
  10.  */  
  11. public class CallableTest {  
  12.       
  13.     public static void main(String[] args) {  
  14. //      //创建线程池  
  15. //      ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();  
  16. //      //创建Callable对象任务  
  17. //      CallableDemo calTask=new CallableDemo();  
  18. //      //提交任务并获取执行结果  
  19. //      Future<Integer> future =es.submit(calTask);  
  20. //      //关闭线程池  
  21. //      es.shutdown();  
  22.           
  23.         //创建线程池  
  24.         ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();  
  25.         //创建Callable对象任务  
  26.         CallableDemo calTask=new CallableDemo();  
  27.         //创建FutureTask  
  28.         FutureTask<Integer> futureTask=new FutureTask<>(calTask);  
  29.         //执行任务  
  30.         es.submit(futureTask);  
  31.         //关闭线程池  
  32.         es.shutdown();  
  33.         try {  
  34.             Thread.sleep(2000);  
  35.         System.out.println("主线程在执行其他任务");  
  36.           
  37.         if(futureTask.get()!=null){  
  38.             //输出获取到的结果  
  39.             System.out.println("futureTask.get()-->"+futureTask.get());  
  40.         }else{  
  41.             //输出获取到的结果  
  42.             System.out.println("futureTask.get()未获取到结果");  
  43.         }  
  44.           
  45.         } catch (Exception e) {  
  46.             e.printStackTrace();  
  47.         }  
  48.         System.out.println("主线程在执行完成");  
  49.     }  
  50. }  

执行结果:

Callable子线程开始计算啦!

主线程在执行其他任务

Callable子线程计算结束!

futureTask.get()-->12497500

主线程在执行完成

 

主要参考资料:

java并发编程的艺术

相关文章:http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3949310.html

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