Java多线程之 FutureTask:带有返回值的函数定义和调用方式

FutureTask 返回值的函数定义和调用

使用Runnable接口定义的任务是没有返回值的。很多时候，我们是有返回值的，为了解决这个问题，Java提供了Callable接口，可以返回指定类型的值。

但是这个接口本身是不具备执行能力的，所以Java中，还有一个FutureTask 类用于使用Callable接口定义带有返回值的任务。

使用示例

以下代码演示了定义和调用的整个过程。

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class FutureTaskDemo {
	public static void test2() throws Execution{
	    // 基于 Lambda 的 Callable 接口，在new FutureTask中的Lambda表达式即是Callable接口的实现
		FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(() -> {
			int t = 0;
			for (int i = 0; i < 10; i++)
				t += i;
			return t;
		}); 

		// 使用Thread类执行task
		System.out.println("Start calling.");
		long t1 = System.nanoTime();
		new Thread(task).start();
		long result = task.get();
		long t2 = System.nanoTime();
		System.out.println("Finish calling.");
		System.out.printf("Result: %d, Time: %.3f ms.\n", result, (t2 - t1) / 1000000f);
	}
}

执行后的输出：

Start calling.

Finish calling.

Result: 45, Time: 13.620 ms.

Java多线程 FutureTask用法及解析

1 FutureTask概念

FutureTask一个可取消的异步计算，FutureTask 实现了Future的基本方法，提空 start cancel 操作，可以查询计算是否已经完成，并且可以获取计算的结果。

结果只可以在计算完成之后获取，get方法会阻塞当计算没有完成的时候，一旦计算已经完成，那么计算就不能再次启动或是取消。

一个FutureTask 可以用来包装一个 Callable 或是一个runnable对象。因为FurtureTask实现了Runnable方法，所以一个 FutureTask可以提交(submit)给一个Excutor执行(excution).

2 FutureTask使用场景

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。

2.1 FutureTask执行多任务计算的使用场景

利用FutureTask和ExecutorService，可以用多线程的方式提交计算任务，主线程继续执行其他任务，当主线程需要子线程的计算结果时，在异步获取子线程的执行结果。

public class FutureTest1 {
	public static void main(String[] args) {
		Task task = new Task();// 新建异步任务
		FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Integer>(task) {
			// 异步任务执行完成，回调
			@Override
			protected void done() {
				try {
					System.out.println("future.done():" + get());
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				} catch (ExecutionException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		};
		// 创建线程池（使用了预定义的配置）
		ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
		executor.execute(future);
		try {
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e1) {
			e1.printStackTrace();
		}
		// 可以取消异步任务
		// future.cancel(true);
		try {
			// 阻塞，等待异步任务执行完毕-获取异步任务的返回值
			System.out.println("future.get():" + future.get());
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (ExecutionException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	// 异步任务
	static class Task implements Callable<Integer> {
		// 返回异步任务的执行结果
		@Override
		public Integer call() throws Exception {
			int i = 0;
			for (; i < 10; i++) {
				try {
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "_"
							+ i);
					Thread.sleep(500);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
			return i;
		}
	}
}

2.2 FutureTask在高并发环境下确保任务只执行一次

在很多高并发的环境下，往往我们只需要某些任务只执行一次。这种使用情景FutureTask的特性恰能胜任。

举一个例子，假设有一个带key的连接池，当key存在时，即直接返回key对应的对象；当key不存在时，则创建连接。

对于这样的应用场景，通常采用的方法为使用一个Map对象来存储key和连接池对应的对应关系，典型的代码如下面所示：

private Map<String, Connection> connectionPool = new HashMap<String, Connection>();
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
public Connection getConnection(String key){
    try{
        lock.lock();
        if(connectionPool.containsKey(key)){
            return connectionPool.get(key);
        }
        else{
            //创建 Connection
            Connection conn = createConnection();
            connectionPool.put(key, conn);
            return conn;
        }
    }
    finally{
        lock.unlock();
    }
}  

//创建Connection（根据业务需求，自定义Connection）
private Connection createConnection(){
    return null;
}

在上面的例子中，我们通过加锁确保高并发环境下的线程安全，也确保了connection只创建一次，然而确牺牲了性能。改用ConcurrentHash的情况下，几乎可以避免加锁的操作，性能大大提高，但是在高并发的情况下有可能出现Connection被创建多次的现象。

这时最需要解决的问题就是当key不存在时，创建Connection的动作能放在connectionPool之后执行，这正是FutureTask发挥作用的时机，基于ConcurrentHashMap和FutureTask的改造代码如下：

private ConcurrentHashMap<String,FutureTask<Connection>>connectionPool = new ConcurrentHashMap<String, FutureTask<Connection>>();  

public Connection getConnection(String key) throws Exception{
    FutureTask<Connection>connectionTask=connectionPool.get(key);
    if(connectionTask!=null){
        return connectionTask.get();
    }
    else{
        Callable<Connection> callable = new Callable<Connection>(){
            @Override
            public Connection call() throws Exception {
                // TODO Auto-generated method stub
                return createConnection();
            }
        };
        FutureTask<Connection>newTask = new FutureTask<Connection>(callable);
        connectionTask = connectionPool.putIfAbsent(key, newTask);
        if(connectionTask==null){
            connectionTask = newTask;
            connectionTask.run();
        }
        return connectionTask.get();
    }
}  

//创建Connection（根据业务需求，自定义Connection）
private Connection createConnection(){
    return null;
}

经过这样的改造，可以避免由于并发带来的多次创建连接及锁的出现。

3 部分源码分析

3.1 构造方法

public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
        this.callable = Executors.callable(runnable, result);
        this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
 }

3.2 cancel

//这个方法有一个参数 是否中断running
     public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
          /**
          * 这个有点晕啊逻辑关系是
          * 等价与 if(state!=new || !UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED))
          * 这个意思是 如果state不是new 那么就退出方法，这时的任务任务坑是已经完成了 或是被取消了 或是被中断了
          * 如果是state 是new 就设置state 为中断状态 或是取消状态
          *
          **/
        if (!(state == NEW &&
              UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW,
                  mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED)))
            return false;
        try {    // in case call to interrupt throws exception
            //如果是可中断 那么就 调用系统中断方法 然后把状态设置成INTERRUPTED
            if (mayInterruptIfRunning) {
                try {
                    Thread t = runner;
                    if (t != null)
                        t.interrupt();
                } finally { // final state
                    UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, INTERRUPTED);
                }
            }
        } finally {
            finishCompletion();
        }
        return true;
    }

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持我们。