Java中的FutureTask源码解析
作者：正经人z.
一、简介
1、FutureTask是一个可取消的异步计算。这个类是Future的实现类，有开始和取消一个计算的方法，如果一个计算已经完成可以查看结果。如果在计算没有完成的情况下调用get获取计算结果会阻塞。且一旦任务完成后，计算不能重新开始或被取消，除非计算被runAndReset调用执行。
2、FutureTask被用来去封装一个Callable或者Runnable，一个FutureTask能够被submit作为一个Executor
3、FutureTask 的线程安全由CAS来保证。
二、源码分析
1、成员属性
public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
//state表示的任务的状态
private volatile int state;
private static final int NEW = 0;
private static final int COMPLETING = 1;
private static final int NORMAL = 2;
private static final int EXCEPTIONAL = 3;
private static final int CANCELLED = 4;
private static final int INTERRUPTING = 5;
private static final int INTERRUPTED = 6;
//任务
private Callable<V> callable;
//存储任务完成以后的结果
private Object outcome;
//执行当前任务的线程
private volatile Thread runner;
//执行当前任务被阻塞的线程
private volatile WaitNode waiters;
}可能有的状态转换：
NEW -> COMPLETING -> NORMAL NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL NEW -> CANCELLED NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED
注意：state用volatile修饰的，如果在多线程并发的情况下，某一个线程改变了任务的状态，其他线程都能够立马知道，保证了state字段的可见性。
2、构造函数
public FutureTask(Callable<V> callable) {
if (callable == null)
throw new NullPointerException();
this.callable = callable;
this.state = NEW;
}
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
this.state = NEW;
}很好的诠释了FutureTask封装了Runnable或Callable，构造完成后将任务的状态变为NEW。同时注意，封装Runnable时用的Executors的静态方法callable
顺带看下Executors.callable()这个方法，这个方法的功能是把Runnable转换成Callable，代码如下:
public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
if (task == null)
throw new NullPointerException();
return new RunnableAdapter<T>(task, result);
}
static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
final Runnable task;
final T result;
RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
this.task = task;
this.result = result;
}
public T call() {
task.run();
return result;
}
}所以，FutureTask封装Runnable使用了适配器模式的设计模式
3、核心方法
//运行任务的方法
public void run() {
if (state != NEW ||
!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
null, Thread.currentThread()))
return;
try {
Callable<V> c = callable; //得到当前任务
if (c != null && state == NEW) {
V result;
boolean ran;
try {
result = c.call(); //当前任务调用call方法，执行，同时，执行完后将结果返回
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
result = null;
ran = false;
setException(ex);
}
if (ran) //表示任务执行成功
set(result); //CAS改变任务的状态从NEW->COMPLETING->NORMAL，同时将任务返回的结果保存到outcome属性中，再移除并唤醒所有等待线程
}
} finally {
runner = null;
int s = state;
if (s >= INTERRUPTING)
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
}
protected void set(V v) {
if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
outcome = v; //将任务成功执行完后返回的结果保存到outcome中
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // 最终的状态，表示任务结束
finishCompletion(); //移除并唤醒所有等待线程
}
}
//该方法用于移除并唤醒所有等待线程
private void finishCompletion() {
for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
for (;;) {
Thread t = q.thread;
if (t != null) {
q.thread = null;
LockSupport.unpark(t); //唤醒
}
WaitNode next = q.next;
if (next == null)
break;
q.next = null; // unlink to help gc
q = next;
}
break;
}
}
done();
callable = null;
}
public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
if (!(state == NEW &&
UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW,
mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED)))
return false;
try {
if (mayInterruptIfRunning) {
try {
Thread t = runner;
if (t != null)
t.interrupt(); //打断
} finally { // 设置成为最终态INTERRUPTED
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, INTERRUPTED);
}
}
} finally {
finishCompletion(); //移除并唤醒所有等待线程
}
return true;
}
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
int s = state;
if (s <= COMPLETING)
s = awaitDone(false, 0L); //如果任务没有完成或者其他的问题，将阻塞；创建一个新节点存入阻塞栈中
return report(s);
}
public V get(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
if (unit == null)
throw new NullPointerException();
int s = state;
if (s <= COMPLETING &&
(s = awaitDone(true, unit.toNanos(timeout))) <= COMPLETING)
throw new TimeoutException();
return report(s);
}
private V report(int s) throws ExecutionException {
Object x = outcome;
if (s == NORMAL)
return (V)x;
if (s >= CANCELLED)
throw new CancellationException();
throw new ExecutionException((Throwable)x);
}三、示例
常用使用方式：
- 第一种方式: Future + ExecutorService
- 第二种方式: FutureTask + ExecutorService
- 第三种方式: FutureTask + Thread
第一种方式：Future + ExecutorService
public class FutureDemo {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
Future future = executorService.submit(new Callable<Object>() {
@Override
public Object call() throws Exception {
Long start = System.currentTimeMillis();
while (true) {
Long current = System.currentTimeMillis();
if ((current - start) > 1000) {
return 1;
}
}
}
});
try {
Integer result = (Integer)future.get();
System.out.println(result);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}第二种方式：FutureTask + ExecutorService
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
Task task = new Task();
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);
executor.submit(futureTask);第三种方式：FutureTask + Thread
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new Task());
Thread thread = new Thread(futureTask);
thread.setName("Task thread");
thread.start();四、总结
1、FutureTask用来封装Runnable或者Callable接口，可以当成一个任务。
2、在Java并发程序中FutureTask表示一个可以取消的异步运算。它有启动和取消运算、查询运算是否完成和取回运算结果等方法。只有当运算完成的时候结果才能取回，如果运算尚未完成get方法将会阻塞。一个FutureTask对象可以对调用了Callable和Runnable的对象进行包装，由于FutureTask也是调用了Runnable接口所以它可以提交给Executor来执行。
3、FutureTask可用于异步获取执行结果或取消执行任务的场景，通过传入Runnable或者Callable的任务给FutureTask，直接调用其run方法或者放入线程池执行，之后可以在外部通过FutureTask的get方法异步获取执行结果，因此，FutureTask非常适合用于耗时的计算，主线程可以在完成自己的任务后，再去获取结果。另外，FutureTask还可以确保即使调用了多次run方法，它都只会执行一次Runnable或者Callable任务，或者通过cancel取消FutureTask的执行等。
4、FutureTask间接继承了Runnable和Callable
5、FutureTask的线程安全由CAS操作来保证
6、FutureTask结果返回机制 ：只有任务成功执行完成后，通过get方法能够得到任务返回的结果，其他情况都会导致阻塞。
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