java多线程之Future和FutureTask使用实例

Executor框架使用Runnable 作为其基本的任务表示形式。Runnable是一种有局限性的抽象，然后可以写入日志，或者共享的数据结构，但是他不能返回一个值。

许多任务实际上都是存在延迟计算的：执行数据库查询，从网络上获取资源，或者某个复杂耗时的计算。对于这种任务，Callable是一个更好的抽象，他能返回一个值，并可能抛出一个异常。Future表示一个任务的周期，并提供了相应的方法来判断是否已经完成或者取消，以及获取任务的结果和取消任务。

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; }
public interface Future<V> {

  /**
   * Attempts to cancel execution of this task. This attempt will
   * fail if the task has already completed, has already been cancelled,
   * or could not be cancelled for some other reason. If successful,
   * and this task has not started when <tt>cancel</tt> is called,
   * this task should never run. If the task has already started,
   * then the <tt>mayInterruptIfRunning</tt> parameter determines
   * whether the thread executing this task should be interrupted in
   * an attempt to stop the task.
   *
   * <p>After this method returns, subsequent calls to {@link #isDone} will
   * always return <tt>true</tt>. Subsequent calls to {@link #isCancelled}
   * will always return <tt>true</tt> if this method returned <tt>true</tt>.
   *
   * @param mayInterruptIfRunning <tt>true</tt> if the thread executing this
   * task should be interrupted; otherwise, in-progress tasks are allowed
   * to complete
   * @return <tt>false</tt> if the task could not be cancelled,
   * typically because it has already completed normally;
   * <tt>true</tt> otherwise
   */
  boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);

  /**
   * Returns <tt>true</tt> if this task was cancelled before it completed
   * normally.
   *
   * @return <tt>true</tt> if this task was cancelled before it completed
   */
  boolean isCancelled();

  /**
   * Returns <tt>true</tt> if this task completed.
   *
   * Completion may be due to normal termination, an exception, or
   * cancellation -- in all of these cases, this method will return
   * <tt>true</tt>.
   *
   * @return <tt>true</tt> if this task completed
   */
  boolean isDone();

  /**
   * Waits if necessary for the computation to complete, and then
   * retrieves its result.
   *
   * @return the computed result
   * @throws CancellationException if the computation was cancelled
   * @throws ExecutionException if the computation threw an
   * exception
   * @throws InterruptedException if the current thread was interrupted
   * while waiting
   */
  V get() throws InterruptedException, ExecutionException;

  /**
   * Waits if necessary for at most the given time for the computation
   * to complete, and then retrieves its result, if available.
   *
   * @param timeout the maximum time to wait
   * @param unit the time unit of the timeout argument
   * @return the computed result
   * @throws CancellationException if the computation was cancelled
   * @throws ExecutionException if the computation threw an
   * exception
   * @throws InterruptedException if the current thread was interrupted
   * while waiting
   * @throws TimeoutException if the wait timed out
   */
  V get(long timeout, TimeUnit unit)
    throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

可以通过多种方法来创建一个Future来描述任务。ExecutorService中的submit方法接受一个Runnable或者Callable，然后返回一个Future来获得任务的执行结果或者取消任务。

 /**
   * Submits a value-returning task for execution and returns a
   * Future representing the pending results of the task. The
   * Future's <tt>get</tt> method will return the task's result upon
   * successful completion.
   *
   * <p>
   * If you would like to immediately block waiting
   * for a task, you can use constructions of the form
   * <tt>result = exec.submit(aCallable).get();</tt>
   *
   * <p> Note: The {@link Executors} class includes a set of methods
   * that can convert some other common closure-like objects,
   * for example, {@link java.security.PrivilegedAction} to
   * {@link Callable} form so they can be submitted.
   *
   * @param task the task to submit
   * @return a Future representing pending completion of the task
   * @throws RejectedExecutionException if the task cannot be
   *     scheduled for execution
   * @throws NullPointerException if the task is null
   */
  <T> Future<T> submit(Callable<T> task);

  /**
   * Submits a Runnable task for execution and returns a Future
   * representing that task. The Future's <tt>get</tt> method will
   * return the given result upon successful completion.
   *
   * @param task the task to submit
   * @param result the result to return
   * @return a Future representing pending completion of the task
   * @throws RejectedExecutionException if the task cannot be
   *     scheduled for execution
   * @throws NullPointerException if the task is null
   */
  <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);

  /**
   * Submits a Runnable task for execution and returns a Future
   * representing that task. The Future's <tt>get</tt> method will
   * return <tt>null</tt> upon <em>successful</em> completion.
   *
   * @param task the task to submit
   * @return a Future representing pending completion of the task
   * @throws RejectedExecutionException if the task cannot be
   *     scheduled for execution
   * @throws NullPointerException if the task is null
   */
  Future<?> submit(Runnable task);

另外ThreadPoolExecutor中的newTaskFor(Callable<T> task) 可以返回一个FutureTask。

假设我们通过一个方法从远程获取一些计算结果，假设方法是 List getDataFromRemote()，如果采用同步的方法，代码大概是 List data = getDataFromRemote(),我们将一直等待getDataFromRemote返回，然后才能继续后面的工作，这个函数是从远程获取计算结果的，如果需要很长时间，后面的代码又和这个数据没有什么关系的话，阻塞在那里就会浪费很多时间。我们有什么办法可以改进呢？？？

能够想到的办法是调用函数后，立即返回，然后继续执行，等需要用数据的时候，再取或者等待这个数据。具体实现有两种方式，一个是用Future，另一个是回调。

Future<List> future = getDataFromRemoteByFuture();
    //do something....
    List data = future.get();

可以看到我们返回的是一个Future对象，然后接着自己的处理后面通过future.get()来获得我们想要的值。也就是说在执行getDataFromRemoteByFuture的时候，就已经启动了对远程计算结果的获取，同时自己的线程还继续执行不阻塞。知道获取时候再拿数据就可以。看一下getDataFromRemoteByFuture的实现：

private Future<List> getDataFromRemoteByFuture() {

    return threadPool.submit(new Callable<List>() {
      @Override
      public List call() throws Exception {
        return getDataFromRemote();
      }
    });
  }

我们在这个方法中调用getDataFromRemote方法，并且用到了线程池。把任务加入线程池之后，理解返回Future对象。Future的get方法，还可以传入一个超时参数，用来设置等待时间，不会一直等下去。

也可以利用FutureTask来获取结果：

 FutureTask<List> futureTask = new FutureTask<List>(new Callable<List>() {
      @Override
      public List call() throws Exception {
        return getDataFromRemote();
      }
    });

    threadPool.submit(futureTask);
    futureTask.get();

FutureTask是一个具体的实现类，ThreadPoolExecutor的submit方法返回的就是一个Future的实现，这个实现就是FutureTask的一个具体实例，FutureTask帮助实现了具体的任务执行，以及和Future接口中的get方法的关联。

FutureTask除了帮助ThreadPool很好的实现了对加入线程池任务的Future支持外，也为我们提供了很大的便利，使得我们自己也可以实现支持Future的任务调度。

补充知识：多线程中Future与FutureTask的区别和联系

线程的创建方式中有两种，一种是实现Runnable接口，另一种是继承Thread，但是这两种方式都有个缺点，那就是在任务执行完成之后无法获取返回结果，于是就有了Callable接口，Future接口与FutureTask类的配和取得返回的结果。

我们先回顾一下java.lang.Runnable接口，就声明了run(),其返回值为void，当然就无法获取结果。

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

而Callable的接口定义如下

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

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。嗯，对该接口我们先了解这么多就行，下面我们来说明如何使用，前篇文章我们说过，无论是Runnable接口的实现类还是Callable接口的实现类，都可以被ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor执行，ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor都实现了ExcutorService接口，而因此Callable需要和Executor框架中的ExcutorService结合使用，我们先看看ExecutorService提供的方法：

  <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。（不常用）

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。还有点要注意的是，除了我们自己实现Callable对象外，我们还可以使用工厂类Executors来把一个Runnable对象包装成Callable对象。Executors工厂类提供的方法如下：

public static Callable<Object> callable(Runnable task)

public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result)

2.Future<V>接口

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;
  } 

方法解析：

V get() ：获取异步执行的结果，如果没有结果可用，此方法会阻塞直到异步计算完成。

V get(Long timeout , TimeUnit unit) ：获取异步执行结果，如果没有结果可用，此方法会阻塞，但是会有时间限制，如果阻塞时间超过设定的timeout时间，该方法将抛出异常。

boolean isDone() ：如果任务执行结束，无论是正常结束或是中途取消还是发生异常，都返回true。

boolean isCanceller() ：如果任务完成前被取消，则返回true。

boolean cancel(boolean mayInterruptRunning) ：如果任务还没开始，执行cancel(...)方法将返回false；如果任务已经启动，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，如果停止成功，返回true；当任务已经启动，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)，此时返回false；当任务已经完成，执行cancel(...)方法将返回false。mayInterruptRunning参数表示是否中断执行中的线程。

通过方法分析我们也知道实际上Future提供了3种功能：（1）能够中断执行中的任务（2）判断任务是否执行完成（3）获取任务执行完成后额结果。

但是我们必须明白Future只是一个接口，我们无法直接创建对象，因此就需要其实现类FutureTask登场啦。

3.FutureTask类

我们先来看看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();
  } 

分析：FutureTask除了实现了Future接口外还实现了Runnable接口（即可以通过Runnable接口实现线程，也可以通过Future取得线程执行完后的结果），因此FutureTask也可以直接提交给Executor执行。

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) {
  } 

4.Callable<V>/Future<V>/FutureTask的使用 (封装了异步获取结果的Future!!!)

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

4.1 使用Callable+Future获取执行结果

Callable实现类如下：

package com.zejian.Executor;
import java.util.concurrent.Callable;
/**
 * @author zejian
 * @time 2016年3月15日 下午2:02:42
 * @decrition Callable接口实例
 */
public class CallableDemo implements Callable<Integer> { 

  private int sum;
  @Override
  public Integer call() throws Exception {
    System.out.println("Callable子线程开始计算啦！");
    Thread.sleep(2000); 

    for(int i=0 ;i<5000;i++){
      sum=sum+i;
    }
    System.out.println("Callable子线程计算结束！");
    return sum;
  }
} 

Callable执行测试类如下：

  package com.zejian.Executor;
  import java.util.concurrent.ExecutorService;
  import java.util.concurrent.Executors;
  import java.util.concurrent.Future;
  /**
   * @author zejian
   * @time 2016年3月15日 下午2:05:43
   * @decrition callable执行测试类
   */
  public class CallableTest { 

    public static void main(String[] args) {
      //创建线程池
      ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
      //创建Callable对象任务
      CallableDemo calTask=new CallableDemo();
      //提交任务并获取执行结果
      Future<Integer> future =es.submit(calTask);
      //关闭线程池
      es.shutdown();
      try {
        Thread.sleep(2000);
      System.out.println("主线程在执行其他任务"); 

      if(future.get()!=null){
        //输出获取到的结果
        System.out.println("future.get()-->"+future.get());
      }else{
        //输出获取到的结果
        System.out.println("future.get()未获取到结果");
      } 

      } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("主线程在执行完成");
    }
  } 

执行结果：

Callable子线程开始计算啦！

主线程在执行其他任务

Callable子线程计算结束！

future.get()-->12497500

主线程在执行完成

4.2 使用Callable+FutureTask获取执行结果

  package com.zejian.Executor;
  import java.util.concurrent.ExecutorService;
  import java.util.concurrent.Executors;
  import java.util.concurrent.Future;
  import java.util.concurrent.FutureTask;
  /**
   * @author zejian
   * @time 2016年3月15日 下午2:05:43
   * @decrition callable执行测试类
   */
  public class CallableTest { 

    public static void main(String[] args) {
  //   //创建线程池
  //   ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
  //   //创建Callable对象任务
  //   CallableDemo calTask=new CallableDemo();
  //   //提交任务并获取执行结果
  //   Future<Integer> future =es.submit(calTask);
  //   //关闭线程池
  //   es.shutdown(); 

      //创建线程池
      ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
      //创建Callable对象任务
      CallableDemo calTask=new CallableDemo();
      //创建FutureTask
      FutureTask<Integer> futureTask=new FutureTask<>(calTask);
      //执行任务
      es.submit(futureTask);
      //关闭线程池
      es.shutdown();
      try {
        Thread.sleep(2000);
      System.out.println("主线程在执行其他任务"); 

      if(futureTask.get()!=null){
        //输出获取到的结果
        System.out.println("futureTask.get()-->"+futureTask.get());
      }else{
        //输出获取到的结果
        System.out.println("futureTask.get()未获取到结果");
      } 

      } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("主线程在执行完成");
    }
  } 

执行结果：

Callable子线程开始计算啦！

主线程在执行其他任务

Callable子线程计算结束！

futureTask.get()-->12497500

主线程在执行完成

以上这篇java多线程之Future和FutureTask使用实例就是小编分享给大家的全部内容了，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持我们。