【Java】多线程-Callable、Future 和 FutureTask

Posted by 西维蜀黍 on 2019-03-08, Last Modified on 2021-09-21

背景

我们知道,创建线程类有 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。

而自从 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。

今天我们就来讨论一下 Callable、Future 和 FutureTask 三个类的使用方法。

Callable 与 Runnable 接口

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,call() 函数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 submit 方法里面的参数类型就是 Callable。

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 接口

Future 就是对于具体的 Runnable 或者 Callable 任务的执行结果接口,因此可以通过它进行取消、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 位于 java.util.concurrent 包下,它是一个接口:

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()

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()

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()

表示任务是否已经完成,若任务完成,则返回 true。

get()

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

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。

FutureTask 提供了 2 个构造器:

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。

使用示例

1.使用 Callable+Future 获取执行结果

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        Task task = new Task();
        Future<Integer> result = executor.submit(task);
        executor.shutdown();
         
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
         
        System.out.println("主线程在执行任务");
         
        try {
            System.out.println("task运行结果"+result.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
         
        System.out.println("所有任务执行完毕");
    }
}
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;
    }
}
执行结果
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

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        Task task = new Task();
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);
        executor.submit(futureTask);
        executor.shutdown();
        
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
         
        System.out.println("主线程在执行任务");
         
        try {
            System.out.println("task运行结果"+futureTask.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
         
        System.out.println("所有任务执行完毕");
    }
}
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;
    }
}

Reference