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。
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。
FutureTask的類圖如下:
看圖可以知道兩個事:
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。
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。
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:
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。
先看下FutureTask主要的屬性和構造方法:
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; }
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.
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。
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); } }
protected void set(V v) { if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) { outcome = v; UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state 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。
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。
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:
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。
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。
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。
進入循環進行一些力的判斷處理。
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。
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。
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。
如果上面的判斷都不滿足,那就為當前線程綁定WaitNode節點。
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。
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。
如果上面都不滿足就利用LockSupport.park進入永久阻塞。
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。
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。
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
//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。
cancel方法的邏輯如下:
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