如何進行java并發FutureTask的實現

如何進行java并發FutureTask的實現，針對這個問題，這篇文章詳細介紹了相對應的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

概述

在使用java多線程解決問題的時候，為了提高效率，我們常常會異步處理一些計算任務并在最后異步的獲取計算結果，這個過程的實現離不開Future接口及其實現類FutureTask。FutureTask類實現了Runnable, Future接口，接下來我會通過源碼對該類的實現進行詳解。

使用

我們先看下FutureTask中的主要方法如下，可以看出FutureTask實現了任務及異步結果的集合功能?？吹竭@塊的方法，大家肯定會有疑問，Runnable任務的run方法返回空，FutureTask如何依靠該方法獲取線程異步執行結果，這個問題，我們在下面給大家介紹。

//以下五個方法實現接口Future中方法public boolean isCancelled(); public boolean isDone(); public boolean cancel();public V get() throws InterruptedException, ExecutionException;public V get(long timeout, TimeUnit unit);//實現接口Runnable中方法public void run();

我們在使用中會構造一個FutureTask對象，然后將FutureTask扔到另一個線程中執行，而主線程繼續執行其他業務邏輯，一段時間后主線程調用FutureTask的get方法獲取執行結果。下面我們看一個簡單的例子：

/*** Created by yuanqiongqiong on 2019/4/9.*/public class FutureTaskTest {private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);public static void main(String []args) {Callable callable = new AccCallable(1, 2);FutureTask futureTask = new FutureTask(callable);executorService.execute(futureTask);System.out.println("go to do other things in main thread");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("go back in main thread");try {int result = (int) futureTask.get();System.out.println("result is " + result);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (ExecutionException e) {e.printStackTrace();}}static class AccCallable implements Callable<Integer> {private int a;private int b;public AccCallable(int a, int b) {this.a = a;this.b = b;}@Overridepublic Integer call() throws Exception {System.out.println("acc a and b in threadId = " + Thread.currentThread().getName());return a + b;}}}

輸出結果為：

go to do other things in main threadacc a and b in threadId = pool-1-thread-1go back in main threadresult is 3

實現分析

在分析實現前，我們先想下如果讓我們實現一個類似FutureTask的功能，我們會如何做？因為需要獲取執行結果，需要一個Object對象來存執行結果。任務執行時間不可控性，我們需要一個變量表示執行狀態。其他線程會調用get方法獲取結果，在沒達到超時的時候需要將線程阻塞或掛起。

因此需要一個隊列類似的結構存儲等待該結果的線程信息，這樣在任務執行線程完成后就可以喚醒這些阻塞或掛起的線程，得到結果。FutureTask的實際實現也是類似的邏輯，具體如下。

首先看下FutureTask的主要成員變量如下：

//futureTask執行狀態private volatile int state;//具體的執行任務，會在run方法中抵用callable.call()private Callable<V> callable;//執行結果private Object outcome; //獲取結果的等待線程節點private volatile WaitNode waiters;

對于執行狀態，在源碼中已經有了非常清晰的解釋，這里我只是貼出源碼，不在進行說明，具體如下：

/*** Possible state transitions:* NEW -> COMPLETING -> NORMAL* NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL* NEW -> CANCELLED* NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED*/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;

然后我們看下FutureTask的構造函數，如下：

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) {//構造函數傳入runnable對象時調用靜態工具類Executors的方法轉換為一個callable對象this.callable = Executors.callable(runnable, result);this.state = NEW; // ensure visibility of callable}

如前所述，FutureTask的執行線程中會調用其run()方法執行任務，我們看下這塊邏輯：

public void run() {//1.如果執行狀態不是NEW或者有其他線程執行該任務，直接返回if (state != NEW ||!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,null, Thread.currentThread()))return;try {Callable<V> c = callable;//2.如果執行狀態是NEW,即任務還沒執行，直接調用callable.call()方法獲取執行結果if (c != null && state == NEW) {V result;boolean ran;try {result = c.call();ran = true;} catch (Throwable ex) {result = null;ran = false;//3.發生異常，更新status為EXCEPTIONAL，喚醒掛起線程setException(ex);}//4.如果結果成功返回，調用set方法將設置outcome，更改status執行狀態，喚醒掛起線程if (ran)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)handlePossibleCancellationInterrupt(s);}}

我們看下set函數的實現，具體看下4中的執行：

protected void set(V v) {//將執行狀態變更為COMPLETINGif (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {//設置執行結果outcome = v;//設置執行狀態為NORMALUNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state//執行完成后處理操作，具體就是遍歷阻塞鏈表，刪除鏈表節點，并喚醒每個節點關聯的線程finishCompletion();}}

以上就是任務執行線程做的邏輯，以上邏輯也回答了FutureTask如何得到執行結果的疑問。下面我們看下用戶調用get方法獲取執行結果時的實現邏輯，這個時候FutureTask可能處理各種狀態，即可能沒有執行，執行中，已完成，發生異常等，具體如下：

public V get(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {if (unit == null)throw new NullPointerException();int s = state;//執行狀態是NEW或者COMPLETING時執行awaitDone將線程加入等待隊列中并掛起線程if (s <= COMPLETING &&(s = awaitDone(true, unit.toNanos(timeout))) <= COMPLETING)throw new TimeoutException();//根據執行狀態status進行結果封裝return report(s);}//我理解這塊是get的核心邏輯private int awaitDone(boolean timed, long nanos)throws InterruptedException {//如果設置了超時時間，計算還有多長時間超時final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;WaitNode q = null;boolean queued = false;for (;;) {//如果當前線程被中斷，刪除等待隊列中的節點，并拋出異常if (Thread.interrupted()) {removeWaiter(q);throw new InterruptedException();}int s = state;//如果執行狀態已經完成或者發生異常，直接跳出自旋返回if (s > COMPLETING) {if (q != null)q.thread = null;return s;}//如果執行狀態是正在執行，說明線程已經被加入到等待隊列中，放棄cpu進入下次循環(真正的自旋)else if (s == COMPLETING) // cannot time out yetThread.yield();//第一次進入循環，創建節點else if (q == null)q = new WaitNode();//將節點加入到等待隊列中，waiters相當于頭階段，不斷將頭結點更新為新節點else if (!queued)queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,q.next = waiters, q);else if (timed) {//如果設置了超時時間，在進行下次循環前查看是否已經超時，如果超時刪除該節點進行返回nanos = deadline - System.nanoTime();if (nanos <= 0L) {removeWaiter(q);return state;}//掛起當前節點LockSupport.parkNanos(this, nanos);}elseLockSupport.park(this);}}

這里需要說明一點，FutureTask中的阻塞隊列新加入的節點都在頭結點并且next指向之前的頭結點，waitars指針總是指向新加入節點，通過waitars可以遍歷整個等待隊列，具體截圖如下。此外等待隊列節點結構很簡單成員變量只有線程引用和next指針，這里再列出器接口。

futureTask等待隊列

讀到這里，相信大家已經對FutureTask的實現細節有了一定的認識。此外，FutureTask沒有使用鎖而是使用Unsafe的是CAS的原子操作來解決競爭問題，減少了鎖帶來的上下文切換的開銷，提高了效率。

關于如何進行java并發FutureTask的實現問題的解答就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，如果你還有很多疑惑沒有解開，可以關注億速云行業資訊頻道了解更多相關知識。