Java并发编程:Callable、Future和FutureTask分析

熊孩纸 阅读:268 2020-02-17 15:48:38 评论:0

一、Callable 与 Runnable

先说一下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> { 
    /** 
     * Computes a result, or throws an exception if unable to do so. 
     * 
     * @return computed result 
     * @throws Exception if unable to compute a result 
     */ 
    V call() throws Exception; 
}

可以看到,这是一个泛型接口,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。call()方法返回的类型就是传递进来的V类型。

那么怎么使用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:

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

二、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<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:

public interface Future<V> { 
    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。

三、FutureTask

我们先来看一下FutureTask的实现:

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:

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

可以看出RunnableFuture继承了Runnable接口和Future接口,而FutureTask实现了RunnableFuture接口。所以它既可以作为Runnable被线程执行,又可以作为Future得到Callable的返回值。

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:

public FutureTask(Callable<V> callable) { 
} 
public FutureTask(Runnable runnable, V result) { 
}

事实上,FutureTask是Future接口的一个唯一实现类。

四、使用示例

     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。

1、使用Callable+Future获取执行结果

package com.demo.test; 
 
import java.util.concurrent.Callable; 
 
public class Task implements Callable<Integer>{ 
     
    @Override 
    public Integer call() throws Exception { 
        System.out.println("子线程在进行计算"); 
        Thread.sleep(3000); 
        int sum = 0; 
        for(int i=0;i<100;i++) 
            sum += i; 
        return sum; 
    } 
 
}
package com.demo.test; 
 
import java.util.concurrent.ExecutionException; 
import java.util.concurrent.ExecutorService; 
import java.util.concurrent.Executors; 
import java.util.concurrent.Future; 
 
public class CallableTest { 
 
    public static void main(String[] args) { 
        //创建线程池 
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool(); 
        //创建Callable对象任务   
        Task task = new Task(); 
        //提交任务并获取执行结果   
        Future<Integer> result = executor.submit(task); 
        //关闭线程池   
        executor.shutdown(); 
          
        try { 
            Thread.sleep(1000); 
        } catch (InterruptedException e1) { 
            e1.printStackTrace(); 
        } 
          
        System.out.println("主线程在执行任务"); 
          
        try { 
            if(result.get()!=null){   
                System.out.println("task运行结果"+result.get()); 
            }else{ 
                System.out.println("未获取到结果");  
            } 
        } catch (InterruptedException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } catch (ExecutionException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
          
        System.out.println("所有任务执行完毕"); 
    } 
}

运行结果:

子线程在进行计算 
主线程在执行任务 
task运行结果4950 
所有任务执行完毕

2、使用Callable+FutureTask获取执行结果

package com.demo.test; 
 
import java.util.concurrent.ExecutionException; 
import java.util.concurrent.ExecutorService; 
import java.util.concurrent.Executors; 
import java.util.concurrent.FutureTask; 
 
public class CallableTest1 { 
     
    public static void main(String[] args) { 
        //第一种方式 
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool(); 
        Task task = new Task(); 
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task); 
        executor.submit(futureTask); 
        executor.shutdown(); 
          
        //第二种方式,注意这种方式和第一种方式效果是类似的,只不过一个使用的是ExecutorService,一个使用的是Thread 
//        Task task = new Task(); 
//        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task); 
//        Thread thread = new Thread(futureTask); 
//        thread.start(); 
          
        try { 
            Thread.sleep(1000); 
        } catch (InterruptedException e1) { 
            e1.printStackTrace(); 
        } 
          
        System.out.println("主线程在执行任务"); 
          
        try { 
            if(futureTask.get()!=null){   
                System.out.println("task运行结果"+futureTask.get()); 
            }else{ 
                System.out.println("future.get()未获取到结果");  
            } 
        } catch (InterruptedException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } catch (ExecutionException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
          
        System.out.println("所有任务执行完毕"); 
    } 
}

运行结果同上。

补充:

实现Runnable接口和实现Callable接口的区别:

1、Runnable是自从java1.1就有了,而Callable是1.5之后才加上去的。

2、Callable规定的方法是call(),Runnable规定的方法是run()。

3、Callable的任务执行后可返回值,而Runnable的任务是不能返回值(是void)。

4、call方法可以抛出异常,run方法不可以。

5、运行Callable任务可以拿到一个Future对象,表示异步计算的结果。它提供了检查计算是否完成的方法,以等待计算的完成,并检索计算的结果。通过Future对象可以了解任务执行情况,可取消任务的执行,还可获取执行结果。

6、加入线程池运行,Runnable使用ExecutorService的execute方法,Callable使用submit方法。

标签:java多线程
声明

1.本站遵循行业规范,任何转载的稿件都会明确标注作者和来源;2.本站的原创文章,请转载时务必注明文章作者和来源,不尊重原创的行为我们将追究责任;3.作者投稿可能会经我们编辑修改或补充。

发表评论
搜索
排行榜
关注我们

扫一扫关注我们,了解最新精彩内容