Java多线程：Callable、Future、RunnableFuture、FutureTask源码解读

本文主要对Java多线程：Callable、Future、RunnableFuture、FutureTask源码解读。我们一起来看下。

Callable源码解读

public interface Callable

1、返回结果并且可能抛出异常的任务；

2、Callable接口类似于Runnable，两者都是为那些其实例可能被另一个线程执行的类设计的但是Runnable不会返回结果，并且无法抛出经过检查的异常；

3、Executors类包含一些从其他普通形式转换成Callable类的实用方法；

接口中定义的唯一一个方法。

/** *计算结果，如果无法计算结果，则抛出一个异常。 */ V call() throws Exception;

与FutureTask结合使用。

与Runnable区别：

1、实现Callable接口能返回结果；而实现Runnable接口不能返回结果；

2、实现Callable接口可抛出经过检查的异常；而实现Runnable接口不能抛出异常；

Future源码解读

public interface Future

1、Future表示异步计算的结果；

2、它提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并获取计算的结果计算完成后只能使用get方法来获取结果，如有必要，计算完成前可以阻塞此方法取消则由cancel方法来执行还提供了其他方法，以确定任务是正常完成还是被取消了一旦计算完成，就不能再取消计算；

3、如果为了可取消性而使用Future但又不提供可用的结果，则可以声明Future形式类型、并返回null作为底层任务的结果；

通俗地理解就是可以对正在执行的任务进行维护操作(取消任务、获取任务执行结果、判断任务是否已完成等)。

接口方法

boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：试图取消对此任务的执行。

/** * 如果任务已完成、或已取消，或者由于某些其他原因而无法取消，则此尝试将失败。 * 当调用 cancel 时，如果调用成功，而此任务尚未启动，则此任务将永不运行。 * 如果任务已经启动，则 mayInterruptIfRunning 参数确定是否应该以试图停止任务的方式来中断执行此任务的线程。 * 此方法返回后，对 isDone() 的后续调用将始终返回 true。 * 如果此方法返回 true，则对 isCancelled() 的后续调用将始终返回 true。 */ boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);

boolean isCancelled()：如果在任务正常完成前将其取消，则返回 true。

boolean isDone()：如果任务已完成，则返回 true。可能由于正常终止、异常或取消而完成，在所有这些情况中，此方法都将返回 true。

V get()：如有必要，等待计算完成，然后获取其结果。

/** * 如有必要，等待计算完成，然后获取其结果。 * * @return 计算的结果 * @throws CancellationException - 如果计算被取消 * @throws ExecutionException - 如果计算抛出异常 * @throws InterruptedException - 如果当前的线程在等待时被中断 */ V get() throws InterruptedException, ExecutionException;

V get(long timeout, TimeUnit unit)：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;

RunnableFuture源码解读

public interface RunnableFuture extends Runnable, Future

1、作为Runnable的Future成功执行run方法可以完成Future并允许访问其结果；

唯一方法

/** * 在未被取消的情况下，将此 Future 设置为计算的结果。 */ void run();

FutureTask源码解读

public class FutureTask implements RunnableFuture

1、可取消的异步计算；

2、利用开始和取消计算的方法、查询计算是否完成的方法和获取计算结果的方法，此类提供了对Future的基本实现；

3、可使用FutureTask包装Callable或Runnable对象因为FutureTask实现了Runnable，所以可将FutureTask提交给Executor执行；

4、仅在计算完成时才能获取结果；如果计算尚未完成，则阻塞get方法一旦计算完成，就不能再重新开始或取消计算；

成员变量

/** Synchronization control for FutureTask */ private final Sync sync;

构造方法

/** * 创建一个 FutureTask，一旦运行就执行给定的 Callable。 */ public FutureTask(Callable<V> callable) { if (callable == null) throw new NullPointerException(); sync = new Sync(callable); } /** * 创建一个 FutureTask，一旦运行就执行给定的 Runnable，并安排成功完成时 get 返回给定的结果 。 */ public FutureTask(Runnable runnable, V result) { sync = new Sync(Executors.callable(runnable, result)); }

内部类Sync

private final class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { /** The underlying callable */ private final Callable<V> callable; /** The result to return from get() */ private V result; /** The exception to throw from get() */ private Throwable exception; /** * The thread running task. When nulled after set/cancel, this * indicates that the results are accessible. Must be * volatile, to ensure visibility upon completion. */ private volatile Thread runner; Sync(Callable<V> callable) { this.callable = callable; } }

方法

boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：试图取消对此任务的执行。

public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) { return sync.innerCancel(mayInterruptIfRunning); } /*sync.innerCancel方法*/ boolean innerCancel(boolean mayInterruptIfRunning) { for (;;) { int s = getState();//获取当前线程状态 if (ranOrCancelled(s))//判断线程是否需要取消 return false; if (compareAndSetState(s, CANCELLED))//设置线程为已取消状态 break; } if (mayInterruptIfRunning) {//需要中断线程，中断当前线程 Thread r = runner; if (r != null) r.interrupt(); } releaseShared(0); done(); return true; }

V get()：如有必要，等待计算完成，然后获取其结果。

public V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException { return sync.innerGet(unit.toNanos(timeout)); } /*Sync.innerGet*/ V innerGet(long nanosTimeout) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException { if (!tryAcquireSharedNanos(0, nanosTimeout))//判断是否超时 throw new TimeoutException(); if (getState() == CANCELLED)//判断线程是否已取消 throw new CancellationException(); if (exception != null) throw new ExecutionException(exception); return result;//返回预期指定的结果 }

boolean isCancelled()：如果在任务正常完成前将其取消，则返回 true。

public boolean isCancelled() { return sync.innerIsCancelled(); } boolean innerIsCancelled() { return getState() == CANCELLED;//判断线程状态是否已取消 }

boolean isDone()：如果任务已完成，则返回 true。

public boolean isDone() { return sync.innerIsDone(); } boolean innerIsDone() { return ranOrCancelled(getState()) && runner == null; }

void run()：除非已将此 Future 取消，否则将其设置为其计算的结果。

public void run() { sync.innerRun(); } void innerRun() { if (!compareAndSetState(0, RUNNING))//判断是否需要执行 return; try { runner = Thread.currentThread(); if (getState() == RUNNING) // 再次检查状态 innerSet(callable.call());//执行任务并返回结果 else releaseShared(0); // cancel } catch (Throwable ex) { innerSetException(ex); } }

FutureTask还提供了受保护的runAndReset、set、setException方法，及默认实现不执行任何操作的done方法，便于自定义任务类。

从源码可知，FutureTask对线程的操作，都是通过内部类Sync实现的，其中通过CAS无锁操作维护线程状态，volatile Thread runner 保证当前线程任务的内存可见性，任务执行完成返回的结果存储在V result中。