【Java并发】Runnable、Callable、Future、FutureTask

创建线程的两种方式

直接继承 Thread
实现 Runnable 接口

这两种方式都有一个缺点：在执行完成任务之后，无法直接获取到最后的执行结果。如果需要获取执行结果，就必须通过共享变量或线程通信的方式来达到想要的效果，较为麻烦。

所以从 Java 1.5 起，就提供了两种方式：Callable 和 Future，通过它们可以在任务执行结束后得到任务执行结果。

Runnable 与 Callable

首先是 java.lang.Rannable，它是一个接口，里面只声明了一个 run() 方法：

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

由于 run() 方法的返回值类型为 void，所以在线程执行完后无任何返回结果。

然后是 java.util.concurrent.Callable，它也是一个接口，也只声明了一个方法，其名为 call()：

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

可以看到，这是一个泛型接口，返回的类型就是传进来的 V 类型。

那么，如何使用 Callable 呢？一般是结合 ExecutorService 来使用。ExecutorService 声明了几种 submit 方法，其中有一个就是传入 Callable：

<T> Future<T> submit(Callable<T> task);

Future

Future 声明了对具体的 Runnable 或者 Callable 任务执行进行取消、查询、结果获取等方法。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。

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;
}

由此可见，Future 提供了三种功能：

取消任务：参数表示是否允许中途取消（中断）
判断状态：是否已取消、是否已完成
获取结果：两种方式，指不指定时间

因为 Future 只是一个接口，所以无法直接用来创建对象，因此有了下面的 FutureTask。

FutureTask

首先看下 FutureTask 的继承关系：

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。

然后可以看到 FutureTask 内部有这几种状态：

private volatile int state;
private static final int NEW          = 0;
private static final int COMPLETING   = 1;
private static final int NORMAL       = 2;
private static final int EXCEPTIONAL  = 3;
private static final int CANCELLED    = 4;
private static final int INTERRUPTING = 5;
private static final int INTERRUPTED  = 6;

再根据注释，可以得知当创建一个 FutureTask 对象时，初始状态是 NEW，在运行过程中，运行状态仅在方法set，setException 和 cancel 中转换为终端状态。有四种状态转换过程：

NEW -> COMPLETING -> NORMAL：正常执行并返回结果（run 执行成功再设置状态为 COMPLETING）
NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL：执行过程中出现异常（setException 先设置状态为 COMPLETING）
NEW -> CANCELLED：执行前被取消
NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED：执行时被中断（cancel 参数为 true 才可能出现这个状态）

最后来看下 FutureTask 的两个构造器：

public FutureTask(Callable<V> callable) {if (callable == null)throw new NullPointerException();this.callable = callable;this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
}
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {this.callable = Executors.callable(runnable, result);this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
}

可知传入的任务最后都是付给内部的 private Callable<V> callable。

事实上，FutureTask 是 Future 接口的一个唯一实现类。

更多关于 FutureTask 的源码分析，可以看 FutureTask源码解析这篇文章。

使用示例

Future

第一种方式是使用继承了 ExecutorService 的线程池 ThreadPoolExecutor 中的 submit 方法，将 Callable 直接提交创建 Future。

import java.util.concurrent.*;
public class FutureExample {static class MyCallable implements Callable<String> {@Overridepublic String call() throws Exception {System.out.println("do something in callable");Thread.sleep(5000);return "Ok";}}public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();Future<String> future = executorService.submit(new MyCallable());System.out.println("do something in main");Thread.sleep(1000);String result = future.get();System.out.println("result: " + result);}
}

FutureTask

第二种方法是创建一个写好 Callable 的 FutureTask 对象实例，再 submit。因为 FutureTask 内部本身拥有 run 方法，也可以直接创建线程 Thread 运行。

利用 ExecutorService

import java.util.concurrent.*
public class FutureTaskWithExecutorService {public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(() -> { // java 8 函数式写法System.out.println("do something in callable");Thread.sleep(5000);return "Ok";});ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();executorService.submit(futureTask);System.out.println("do something in main");Thread.sleep(1000);String result = futureTask.get();System.out.println("result: " + result);}
}

利用 Thread

import java.util.concurrent.*
public class FutureTaskWithThread {public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new Callable<String>() {@Overridepublic String call() throws Exception {System.out.println("do something in callable");Thread.sleep(5000);return "Ok";}});new Thread(futureTask).start();System.out.println("do something in main");Thread.sleep(1000);String result = futureTask.get();System.out.println("result: " + result);}
}

参考资料

Java并发编程：Callable、Future和FutureTask
FutureTask源码解析