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面試中如何答好:FutureTask

來源: 責編: 時間:2023-10-17 18:05:01 299觀看
導讀FutureTask是什么public interface Runnable { public abstract void run();}Student implements RunnableThread xiaoming = new Thread(new Student());xiaoming.start();我們知道Runnable是一個接口,它用來承載

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FutureTask是什么

public interface Runnable {    public abstract void run();}Student implements RunnableThread xiaoming = new Thread(new Student());xiaoming.start();

我們知道Runnable是一個接口,它用來承載的是具體的任務,交給Thread執行。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

有這樣一個場景:主線程執行一個任務(理解為調用一個方法)需要獲取這個任務的返回值,然后再去執行另一個任務獲取返回值,最后將兩個返回值做其他處理,一般情況下耗時為兩個任務的耗時和,如果想提高性能,可以用異步的方式,可以將任務一包裝為Runnable,交給子線程執行,主線程執行第二個任務,這樣就節省了一部分耗時,但是Runnable不支持返回值,所以行不通,而FutureTask就是解決這個問題的。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

FutureTask的類圖如下:YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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看圖可以知道兩個事:YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 實現了Runnable接口,所以FutureTask也是一個可以承載任務的任務類。
  • 實現了Future接口,Future接口提供了任務操作和獲取返回值等方法,利用Future接口可以獲取任務執行狀態,取消任務,獲取任務返回值等。

所以說FutureTask就是一個實現了一套獲取返回值機制的任務體,請注意它依然是任務體,自身不能執行任務,依然需要借助Thread執行。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

FutureTask應用例子

Callable<Integer> callableTask = () -> {    // 一些耗時的計算    return 42;};FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callableTask);Thread thread = new Thread(futureTask);thread.start();try {    Integer result = futureTask.get(); // 阻塞直到任務完成并返回結果    System.out.println("任務結果:" + result);} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {    e.printStackTrace();}

上面就是使用案例,看起來寫法比較復雜,其實一旦理解就不復雜了,首先我們上面說了FutureTask實現了Runnable,所以它是任務體,任務體需要依賴Thread執行,所以這里FutureTask和Runnable的寫法一樣都是作為Thread的入參。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

代碼中可以看到還有一個Callable類,這個其實也是任務體,它的源碼如下:YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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

它是一個有返回值的任務體,但是它和Runnable不同,Runnable是和Thread綁定的官方任務體,而Callable只是為達到實現獲取任務返回值而衍生出來的一個任務體,它主要作為FutureTask類中的一個成員屬性,充當真正被執行的任務體。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

FutureTask源碼分析

先看下FutureTask主要的屬性和構造方法:YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {    private volatile int state;    //等待執行狀態 初始狀態    private static final int NEW          = 0;    //執行完畢狀態,但是結果還沒有填充到outcome    private static final int COMPLETING   = 1;    //返回值填充outcome 正常結束任務狀態    private static final int NORMAL       = 2;    //因異常而結束    private static final int EXCEPTIONAL  = 3;    //任務還未執行之前就調用了cancel(true)方法    private static final int CANCELLED    = 4;    //中斷的中間狀態    private static final int INTERRUPTING = 5;    //中斷的狀態    private static final int INTERRUPTED  = 6;    private Callable<V> callable;    private Object outcome;     private volatile Thread runner;    private volatile WaitNode waiters;        static final class WaitNode {        volatile Thread thread;        volatile WaitNode next;        WaitNode() {         thread = Thread.currentThread();         }    }        protected void done() { }         public FutureTask(Callable<V> callable) {        if (callable == null)            throw new NullPointerException();        this.callable = callable;        this.state = NEW;           }    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {        this.callable = Executors.callable(runnable, result);        this.state = NEW;           }
  • state是狀態,沒到一個階段都是不同的狀態。
  • outcome是存放返回值的,當任務執行完返回的值會賦值給outcome
  • callable是真正的任務體,run方法在運行的時候實際上是運行callable對象的call方法。
  • waiters是線程阻塞等待結果的時候存放的隊列,它的類型是WaitNode,WaitNode里面有一個next屬性,可見它是一個單向鏈表結構。
  • runner是當前正在執行任務的線程。
  • done方法在FutureTask里面沒有具體實現,它是任務處理完的一個后置方法,是留給子類用的。
  • 構造方法一是接收一個Callable對象賦值給成員變量callable。- 構造方法二是接收一個Runnable對象和一個result值,同樣是賦值給callable變量。
  • 構造方法一很容易理解,構造方法二則是接收一個Runnable任務體,但是Runnable沒有返回值,所以再接收一個result值作為默認的返回值,也就是無論任務體的任務執行的結果是什么,都以result值作為固定的返回值。
public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {        if (task == null)            throw new NullPointerException();        return new RunnableAdapter<T>(task, result);    } static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {        final Runnable task;        final T result;        RunnableAdapter(Runnable task, T result) {            this.task = task;            this.result = result;        }        public T call() {            task.run();            return result;        }    }

構造方法二中調用了Executors.callable()方法,這個方法就是將Runnable和result值封裝為RunnableAdapter對象,RunnableAdapter實現了Callable,所以它也是一個Callable對象,所以可以賦值給成員變量callable.YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

接下來按照應用案例中的步驟跟一下源碼,構造方法我們看了,接下來就是啟動線程,啟動線程就會調用任務體的run方法,我們從run方法開始跟進源碼。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

run方法源碼分析

 public void run() {        if (state != NEW ||            !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset, null, Thread.currentThread()))            return;        try {            Callable<V> c = callable;            if (c != null && state == NEW) {                V result;                boolean ran;                try {                    result = c.call();                    ran = true;                } catch (Throwable ex) {                    result = null;                    ran = false;                    setException(ex);                }                if (ran)                    set(result);            }        } finally {            int s = state;            if (s >= INTERRUPTING)                handlePossibleCancellationInterrupt(s);        }    }
  1. 判斷狀態,只有當前狀態為待執行狀態,并且能利用cas將當前線程成功賦值給runner,進入下一步。
  2. 如果成員變量callable不為空,執行任務體callable的call方法并得到返回值result。
  3. 調用set(result)方法。
 protected void set(V v) {        if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {            outcome = v;            UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state            finishCompletion();        }    }
  1. 將狀態由NEW(待執行狀態)改為COMPLETING(執行完成狀態)。
  2. 將返回值result賦值給成員變量outcome。
  3. 將狀態由改為COMPLETING(執行完成狀態)NORMAL(返回值填充完畢狀態)
  4. 調用finishCompletion()
  private void finishCompletion() {        for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {            if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {                for (;;) {                    Thread t = q.thread;                    if (t != null) {                        q.thread = null;                        LockSupport.unpark(t);                    }                    WaitNode next = q.next;                    if (next == null)                        break;                    q.next = null;                     q = next;                }                break;            }        }        done();        callable = null;           }

這個方法其實就是喚醒正在等待結果的線程,可能有多個線程在等待任務返回值,等待的線程都會被封裝為一個WaitNode節點,多個節點以單向鏈表結構連接在一起,這個方法是從鏈表的頭節點一個一個喚醒。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

將所有的等待線程喚醒后,最后執行done方法,done方法在FutureTask沒有被實現,所以也就相當于什么都不做,那么done存在的意義是什么呢?它存在的意義在于在任務處理的完畢后線程結束前做一些事情,是留給子類擴展用的。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

再看futureTask.get()的源碼分析

當前線程是等待任務結果的線程不同于上面執行任務的線程:YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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

如果此時狀態是返回值填充完畢狀態,那就進入report方法直接返回值即可,如果此時狀態不是返回值填充完畢狀態,就要進入awaitDone方法進行阻塞等待操作。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

private int awaitDone(boolean timed, long nanos)        throws InterruptedException {        final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;        WaitNode q = null;        boolean queued = false;        for (;;) {            if (Thread.interrupted()) {                removeWaiter(q);                throw new InterruptedException();            }            int s = state;            if (s > COMPLETING) {                if (q != null)                    q.thread = null;                return s;            }            else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet                Thread.yield();            else if (q == null)                q = new WaitNode();            else if (!queued)                queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,                                                     q.next = waiters, q);            else if (timed) {                nanos = deadline - System.nanoTime();                if (nanos <= 0L) {                    removeWaiter(q);                    return state;                }                LockSupport.parkNanos(this, nanos);            }            else                LockSupport.park(this);        }    }

awaitDone方法是支持阻塞指定時長的。如果沒有傳入阻塞時長就是永久阻塞。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

先計算等待時長,結果要么是需要等待一定時長,要么是永久等待。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

進入循環進行一些力的判斷處理。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

判斷中斷,如果是被中斷直接出隊并拋異常(外面可以通過捕獲異常讓下城跳出循環)。可見阻塞等待是可以被中斷的。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

如果此時狀態是大于等于返回值填充完畢狀態直接返回此狀態。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

如果此時狀態為執行完畢狀態,但是還沒有到達返回值填充完畢狀態,那就讓出cpu稍微等待一下,因為這兩個狀態的間隔很短。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

如果上面的判斷都不滿足,那就為當前線程綁定WaitNode節點。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

如果綁定的WaitNode節點還沒有入隊,那就通過cas方式入隊,就是替換頭節點,也就是后進來的為頭節點。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

如果指定了阻塞時間,此時要判斷是否超時,如果超時就直接返回狀態,如果沒有超時,計算出所剩的時間,然后利用LockSupport.parkNanos阻塞。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

如果上面都不滿足就利用LockSupport.park進入永久阻塞。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

上面就是FutureTask主要的源碼分析,其原理比較簡單,如果是run方法中提供返回值的支持,還有一個方法runAndReset,它提供了任務循環執行的支持。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

protected boolean runAndReset() {        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 {                    c.call(); // don't set result                    ran = true;                } catch (Throwable ex) {                    setException(ex);                }            }        } finally {            s = state;            if (s >= INTERRUPTING)                handlePossibleCancellationInterrupt(s);        }        return ran && s == NEW;    }

這個代碼很簡單,如果狀態為待執行,就會執行任務,不關心返回值,任務執行完不會更新狀態,使得狀態一直處于待執行狀態,如果runAndReset方法被再次調用依然會再一次執行任務。ScheduledThreadPoolExecutor就利用了這個方法實現定時任務處理。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

其他方法支持

上面說了FutureTask實現了Future接口,Future接口提供了對任務處理的能力YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

//獲取任務結果 如果任務沒有處理完就阻塞等待timeout時間V get(long timeout, TimeUnit unit);//獲取任務結果 如果任務沒有處理完就永久阻塞等待V get(); //任務執行完畢后執行的方法,用于子類擴展用boolean isDone();//任務是否被取消 true為已取消boolean isCancelled();//取消任務boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);

cancel為取消任務,它有一個boolean類型的參數,true表示需要中斷線程并且將狀態改為INTERRUPTING,false表示只改狀態為CANCELLED。YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

cancel方法的邏輯如下:YMr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 只有處于待執行狀態的任務才會被取消
  • 傳參為false,狀態由NEW改為CANCELLED
  • 傳參為true,狀態由NEW改為INTERRUPTING
  • 同時如果傳參是true,則調用負責執行任務的那個線程的interrupt方法進行中斷操作,最后將狀態由INTERRUPTING改為INTERRUPTED
  • 喚醒所有正在等待任務結果的線程。
  • 最后執行done方法。

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