Java 线程知识 Callable和Future

迷南。 2022-03-01 13:18 278阅读 0赞

为什么会出现 Callable 和 Future  
创建线程的2种方式，一种是直接继承 Thread，另外一种就是实现 Runnable 接口。  
这2种方式都有一个缺陷就是：在执行完任务之后无法获取执行结果。  
如果需要获取执行结果，就必须通过共享变量或者使用线程通信的方式来达到效果，这样使用起来就比较麻烦。  
从 Java 1.5 开始，就提供了 Callable 和 Future，通过它们可以在任务执行完毕之后得到任务执行结果。  
Callable 和 Future 介绍

Callable 接口代表一段可以调用并返回结果的代码。Future 接口表示异步任务，是还没有完成的任务给出的未来结果。所以说 Callable 用于产生结果，Future 用于获取结果。  
Callable 接口使用泛型去定义它的返回类型。Executors 类提供了一些有用的方法在线程池中执行 Callable 内的任务。由于 Callable 任务是并行的（并行就是整体看上去是并行的，其实在某个时间点只有一个线程在执行），我们必须等待它返回的结果。  
java.util.concurrent.Future 对象为我们解决了这个问题。在线程池提交 Callable 任务后返回了一个 Future 对象，使用它可以知道 Callable 任务的状态和得到 Callable 返回的执行结果。Future 提供了 get() 方法让我们可以等待 Callable 结束并获取它的执行结果。  
Callable 与 Runnable

java.lang.Runnable 吧，它是一个接口，在它里面只声明了一个 run() 方法：

> public interface Runnable\{  
> public abstract void run(); \}

由于 run() 方法返回值为 void 类型，所以在执行完任务之后无法返回任何结果。  
Callable 位于 java.util.concurrent 包下，它也是一个接口，在它里面也只声明了一个方法，只不过这个方法叫做 call()：

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

可以看到，这是一个泛型接口，call() 函数返回的类型就是传递进来的V类型。  
如何使用 Callable 呢？

一般情况下是配合 ExecutorService 来使用的，在 ExecutorService 接口中声明了若干个submit方法的重载版本：

> Future submit(Callable task); Future submit(Runnable  
> task, T result); Future<?> submit(Runnable task);

第一个 submit 方法里面的参数类型就是 Callable。  
暂时只需要知道 Callable 一般是和 ExecutorService 配合来使用的，具体的使用方法讲在后面讲述。  
一般情况下我们使用第一个 submit 方法和第三个 submit 方法，第二个 submit 方法很少使用。

Future  
Future 就是对于具体的 Runnable 或者 Callable 任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果。必要时可以通过 get 方法获取执行结果，该方法会阻塞直到任务返回结果。  
Future 类位于 java.util.concurrent 包下，它是一个接口：

> public interface Future \{  
> boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);  
> boolean isCancelled();  
> boolean isDone();  
> V get() throws InterruptedException, ExecutionException;  
> V get(long timeout, TimeUnit unit)  
> throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; \}

在Future接口中声明了5个方法，下面依次解释每个方法的作用：  
cancel 方法用来取消任务，如果取消任务成功则返回 true，如果取消任务失败则返回 false。参数 mayInterruptIfRunning 表示是否允许取消正在执行却没有执行完毕的任务，如果设置 true，则表示可以取消正在执行过程中的任务。如果任务已经完成，则无论 mayInterruptIfRunning 为 true 还是 false，此方法肯定返回 false，即如果取消已经完成的任务会返回 false；如果任务正在执行，若 mayInterruptIfRunning 设置为 true，则返回 true，若 mayInterruptIfRunning 设置为 false，则返回 false；如果任务还没有执行，则无论 mayInterruptIfRunning 为 true 还是 false，肯定返回 true。  
isCancelled 方法表示任务是否被取消成功，如果在任务正常完成前被取消成功，则返回 true。  
isDone 方法表示任务是否已经完成，若任务完成，则返回 true；  
get() 方法用来获取执行结果，这个方法会产生阻塞，会一直等到任务执行完毕才返回；  
get(long timeout, TimeUnit unit) 用来获取执行结果，如果在指定时间内，还没获取到结果，就直接返回 null。  
也就是说Future提供了三种功能：  
1）判断任务是否完成；  
2）能够中断任务；  
3）能够获取任务执行结果。  
因为 Future 只是一个接口，所以是无法直接用来创建对象使用的，因此就有了下面的 FutureTask。  
FutureTask  
FutureTask 实现了 RunnableFuture 接口，这个接口的定义如下：

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

可以看到这个接口实现了 Runnable 和 Future 接口，接口中的具体实现由 FutureTask 来实现。这个类的两个构造方法如下 ：

> public FutureTask(Callable callable) \{  
> if (callable == null)  
> throw new NullPointerException();  
> sync = new Sync(callable);  
> \}  
> public FutureTask(Runnable runnable, V result) \{  
> sync = new Sync(Executors.callable(runnable, result));  
> \}

如上提供了两个构造函数，一个以 Callable 为参数，另外一个以 Runnable 为参数。这些类之间的关联对于任务建模的办法非常灵活，允许你基于 FutureTask 的 Runnable 特性（因为它实现了 Runnable 接口），把任务写成 Callable，然后封装进一个由执行者调度并在必要时可以取消的 FutureTask。  
FutureTask 可以由执行者调度，这一点很关键。它对外提供的方法基本上就是Future和Runnable接口的组合：get()、cancel、isDone()、isCancelled() 和 run()，而 run() 方法通常都是由执行者调用，我们基本上不需要直接调用它。  
一个FutureTask的例子

> public class MyCallable implements Callable\{  
> private long waitTime;  
> public MyCallable(int timeInMillis)\{  
> this.waitTime = timeInMillis;  
> \}  
> @Override  
> public String call() throws Exception\{  
> Thread.sleep(waitTime);  
> return Thread.currentThread().getName();  
> \} \}

public class FutureTaskExample\{  
public static void main(String\[\] args)\{  
MyCallable callable1 = new MyCallable(1000);// 要执行的任务  
MyCallable callable2 = new MyCallable(2000);

FutureTask<String> futureTask1 = new FutureTask<String>(Callable1);// 将Callable写的任务封装到一个由执行者调度的FutureTask对象
        FutureTask<String> futureTask2 = new FutureTask<String>(Callable2);
    
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);// 创建线程池并返回ExecutorService实例  
        executor.execute(futureTask1);// 执行任务  
        executor.execute(futureTask2);
    
        while(true){
            try{
                if(futureTask1.isDone() && futureTask2.isDone()){
                    System.out.println("Done");  
                    executor.shutdown();                          // 关闭线程池和服务   
                    return;
                }
                if(!futureTask1.isDone()){ // 任务1没有完成，会等待，直到任务完成  
                    System.out.println("FutureTask1 output="+futureTask1.get());  
                }  
                System.out.println("Waiting for FutureTask2 to complete");  
                String s = futureTask2.get(200L, TimeUnit.MILLISECONDS);  
                if(s !=null){  
                    System.out.println("FutureTask2 output="+s);  
                } 
            }catch (InterruptedException | ExecutionException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }catch(TimeoutException e){  
                //do nothing  
            }  
        }
    }