前言

实现了Runnable接口的类能够新建线程运行，Future接口规范了线程的生命周期，Callable接口能够获得方法的返回值。FutureTask实现了Runnable和Future接口，同时有Callable属性，能够实现三者的功能。

一、状态

FutureTask有NEW,COMPLETING,NORMAL,EXCEPTIONAL,CANCELLED,INTERRUPTING和INTERRUPTED七种状态，创建时状态为NEW，结果未赋值时更新为COMPLETING，结果赋值后更新为NORMAL，发生异常后会将状态置为EXCEPTIONAL，调用cancel方法后更新为CANCELLED或者INTERRUPTING状态。

* NEW -> COMPLETING -> NORMAL
* NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL
* NEW -> CANCELLED
* NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED

    public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {private static final int NEW          = 0; //任务尚未开始或处于执行期间private static final int COMPLETING   = 1; //任务即将执行完成private static final int NORMAL       = 2; //任务执行完毕private static final int EXCEPTIONAL  = 3; //任务执行期间出现未捕获异常private static final int CANCELLED    = 4; //任务被取消private static final int INTERRUPTING = 5; //任务正在被中断private static final int INTERRUPTED  = 6; //任务已被中断

    /** The underlying callable; nulled out after running */private Callable<V> callable;/** The result to return or exception to throw from get() */private Object outcome; // non-volatile, protected by state reads/writes/** The thread running the callable; CASed during run() */private volatile Thread runner;/** Treiber stack of waiting threads */private volatile WaitNode waiters;

二、运行流程分析

1.run

run方法负责任务的执行，在该方法中，执行Callable对象的call方法，如果在运行过程中发生异常，会将异常写入outcome中，正常执行完成将运行结果写入outcome中。

    //运行完成之后将返回值设置为outcome，可以通过get方法获取，call方法有返回值。FutureTask实现了runniable接口，重写run方法如下，public void run() {if (state != NEW || //如果状态不属于NEW，那么通过CAS将runner变量由null设为当前线程，!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,null, Thread.currentThread()))return;try {  //获取构造时传入的Callable任务对象Callable<V> c = callable;if (c != null && state == NEW) {  //如果状态为NEWV result;boolean ran;try {result = c.call(); //调用Callable的call方法执行任务ran = true;} catch (Throwable ex) {result = null;ran = false;setException(ex); //设置异常对象，由调用get方法的线程处理这个异常}if (ran)  //如果任务正常结束则设置返回值和state变量set(result);}} finally {// runner must be non-null until state is settled to// prevent concurrent calls to run()runner = null;// state must be re-read after nulling runner to prevent// leaked interruptsint s = state;if (s >= INTERRUPTING)  //如果处于任务正在中断状态，则等待直到任务处于已中断状态位置handlePossibleCancellationInterrupt(s);}}

当运行call方法出现异常之后，会调用setException方法，在该方法中，首先尝试将状态更新为COMPLETING，再将异常赋值给outcome，然后将状态更新为EXCEPTIONAL。

    protected void setException(Throwable t) {if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) { //将状态更新为将要完成状态outcome = t;UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // final state //将状态更新为发生异常状态finishCompletion();}}

方法运行结束之后会调用set方法，在该方法中首先将当前状态更新为COMPLETING，然后将运行结果赋值给outcome，之后将状态更新为NORMAL。

    protected void set(V v) {if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) { //将状态更新为将要完成状态outcome = v;UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state //将状态更新为正常完成状态finishCompletion();}}

     *///在中断者中断线程之前可能会延迟，所以我们只需要让出CPU时间片自旋等待private void handlePossibleCancellationInterrupt(int s) {// It is possible for our interrupter to stall before getting a// chance to interrupt us.  Let's spin-wait patiently.if (s == INTERRUPTING)while (state == INTERRUPTING)Thread.yield(); // wait out pending interrupt}

在对结果进行赋值之后，会调用finishCompletion方法，在该方法中，首先对等待获取结果的线程进行唤醒，然后执行done方法。

     *///唤醒因为等待结果而阻塞的线程private void finishCompletion() {// assert state > COMPLETING;for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) { //移除等待线程for (;;) {//自旋遍历等待线程Thread t = q.thread;if (t != null) {q.thread = null;LockSupport.unpark(t);//唤醒等待线程}WaitNode next = q.next;if (next == null)break;q.next = null; // unlink to help gcq = next;}break;}}//结束之后调用，可以进行重写done();callable = null;        // to reduce footprint}

2.get

在get方法中，如果当前状态小于等于COMPLETING状态，即当前Task还在运行中，使用awaitdown方法，当task执行完成之后调用report方法。

    public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {int s = state;if (s <= COMPLETING)s = awaitDone(false, 0L);return report(s);}

在awaitDone方法中，还是判断当前任务有没有执行完成，执行完成后将状态返回，多次判断后仍然没有执行完成会将当前线程加入等待队列中，并阻塞。

    private int awaitDone(boolean timed, long nanos)throws InterruptedException {final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;WaitNode q = null;boolean queued = false;for (;;) {//如果线程中断if (Thread.interrupted()) { //获取并清除中断状态removeWaiter(q);//移除等待WaitNodethrow new InterruptedException();}int s = state;//如果任务执行结束或被取消(中断)，方法结束，返回结果if (s > COMPLETING) {if (q != null)q.thread = null;return s;}else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet //如果任务即将完成，让当前线程让步，让出cpuThread.yield();else if (q == null)q = new WaitNode();else if (!queued) //如果没有入队，将这个WaitNode加入到FutureTask的等待队列尾部queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,q.next = waiters, q);else if (timed) { //如果设置了超时时间nanos = deadline - System.nanoTime();if (nanos <= 0L) {removeWaiter(q);return state;}LockSupport.parkNanos(this, nanos);}else //阻塞当前线程LockSupport.park(this);}}

在report方法中，如果任务正常执行完成，就返回结果，如果任务被取消，就抛出异常，如果任务执行过程中出现异常，即处于EXCPTIONAL状态，就抛出所发生的异常。

    private V report(int s) throws ExecutionException {Object x = outcome;if (s == NORMAL)  //如果任务正常执行完成直接返回结果return (V)x;if (s >= CANCELLED) //如果任务被取消或被中断抛出CancellationException（运行时异常的子类）throw new CancellationException();throw new ExecutionException((Throwable)x);}

3.cancel

cancel方法负责将任务取消，更改线程状态，最后还会唤醒等待结果的线程。

    public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {if (!(state == NEW && //如果任务状态为NEW并且成功通过CAS将state状态由NEW改为INTERRUPTING或CANCELLED（视参数而定）UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW,mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED)))return false;try {    // in case call to interrupt throws exceptionif (mayInterruptIfRunning) {try {Thread t = runner;if (t != null)t.interrupt(); //调用interrupt中断} finally { // final state //将state状态设为INTERRUPTED(已中断)UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, INTERRUPTED);}}} finally {finishCompletion();  //激活所有在等待队列中的线程}return true;}

4.runAndReset

runAndReset方法会在运行完任务之后，将任务状态重置，但不会对结果进行赋值，在定时任务线程池中有所应用。

     *///任务执行完之后会重置stat的状态为NEWprotected boolean runAndReset() { //和run方法类似，通过CAS操作将成员变量runner设置为当前线程if (state != NEW ||!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,null, Thread.currentThread()))return false;boolean ran = false;int s = state;try {Callable<V> c = callable;if (c != null && s == NEW) {try {//不会调用set方法设置返回值(outcome成员变量)c.call(); // don't set resultran = true;} catch (Throwable ex) {setException(ex);}}} finally {// runner must be non-null until state is settled to// prevent concurrent calls to run()runner = null;// state must be re-read after nulling runner to prevent// leaked interruptss = state;if (s >= INTERRUPTING)handlePossibleCancellationInterrupt(s);}   //这个方法不会修改state变量的值return ran && s == NEW;}

三、ListenableFutureTask

FutureTask想要获取任务运行的结果，需要等待任务执行完成，如果调用时间太早，会导致调用线程阻塞，影响效率。在有些情况下，我们需要在任务执行完成之后执行相应的操作，同时结果不会影响主业务逻辑，我们希望在任务执行完成之后自动根据结果进行操作，而不是等主线程调用。spring对FutureTask进行了继承，重写了done方法，如果程序正常执行完成，会调用success方法，异常退出，会执行failure方法。

 public class ListenableFutureTask<T> extends FutureTask<T> implements ListenableFuture<T> {protected void done() {Throwable cause;try {T result = get();this.callbacks.success(result);return;}catch (InterruptedException ex) {Thread.currentThread().interrupt();return;}catch (ExecutionException ex) {cause = ex.getCause();if (cause == null) {cause = ex;}}catch (Throwable ex) {cause = ex;}this.callbacks.failure(cause);}
}

总结

本文对FutureTask的源码进行了分析，主要分析run，get，cancel和runAndSet方法，同时，对FutureTask的子类ListenableFutureTask进行了分析，其实现了异步回调功能。

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