Java並發編程：Callable、Future和FutureTask

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一、Callable 與 Runnable

先說一下java.lang.Runnable吧，它是一個介面，在它裡面只聲明了一個run()方法：

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

由於run()方法傳回值為void類型，所以在執行完任務之後無法返回任何結果。

Callable位於java.util.concurrent包下，它也是一個介面，在它裡面也只聲明了一個方法，只不過這個方法叫做call()：

public interface Callable<V> {    /**     * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.     *     * @return computed result     * @throws Exception if unable to compute a result     */    V call() throws Exception;}

可以看到，這是一個泛型介面，該介面聲明了一個名稱為call()的方法，同時這個方法可以有傳回值V，也可以拋出異常。call()方法返回的類型就是傳遞進來的V類型。

那麼怎麼使用Callable呢？一般情況下是配合ExecutorService來使用的，在ExecutorService介面中聲明了若干個submit方法的重載版本：

<T> Future<T> submit(Callable<T> task);<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);Future<?> submit(Runnable task);

第一個方法：submit提交一個實現Callable介面的任務，並且返回封裝了非同步計算結果的Future。

第二個方法：submit提交一個實現Runnable介面的任務，並且指定了在調用Future的get方法時返回的result對象。

第三個方法：submit提交一個實現Runnable介面的任務，並且返回封裝了非同步計算結果的Future。

因此我們只要建立好我們的線程對象（實現Callable介面或者Runnable介面），然後通過上面3個方法提交給線程池去執行即可。

二、Future

    Future就是對於具體的Runnable或者Callable任務的執行結果進行取消、查詢是否完成、擷取結果。必要時可以通過get方法擷取執行結果，該方法會阻塞直到任務返回結果。

    Future<V>介面是用來擷取非同步計算結果的，說白了就是對具體的Runnable或者Callable對象任務執行的結果進行擷取(get())，取消(cancel())，判斷是否完成等操作。我們看看Future介面的源碼：

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;}

在Future介面中聲明了5個方法，下面依次解釋每個方法的作用：

• cancel方法用來取消任務，如果取消任務成功則返回true，如果取消任務失敗則返回false。參數mayInterruptIfRunning表示是否允許取消正在執行卻沒有執行完畢的任務，如果設定true，則表示可以取消正在執行過程中的任務。如果任務已經完成，則無論mayInterruptIfRunning為true還是false，此方法肯定返回false，即如果取消已經完成的任務會返回false；如果任務正在執行，若mayInterruptIfRunning設定為true，則返回true，若mayInterruptIfRunning設定為false，則返回false；如果任務還沒有執行，則無論mayInterruptIfRunning為true還是false，肯定返回true。

• isCancelled方法表示任務是否被取消成功，如果在任務正常完成前被取消成功，則返回 true。

• isDone方法表示任務是否已經完成，若任務完成，則返回true；

• get()方法用來擷取執行結果，這個方法會產生阻塞，會一直等到任務執行完畢才返回；

• get(long timeout, TimeUnit unit)用來擷取執行結果，如果在指定時間內，還沒擷取到結果，就直接返回null。

也就是說Future提供了三種功能：

1）判斷任務是否完成；

2）能夠中斷任務；

3）能夠擷取任務執行結果。

因為Future只是一個介面，所以是無法直接用來建立對象使用的，因此就有了下面的FutureTask。

三、FutureTask

我們先來看一下FutureTask的實現：

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>

FutureTask類實現了RunnableFuture介面，我們看一下RunnableFuture介面的實現：

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {    void run();}

可以看出RunnableFuture繼承了Runnable介面和Future介面，而FutureTask實現了RunnableFuture介面。所以它既可以作為Runnable被線程執行，又可以作為Future得到Callable的傳回值。

分析：

FutureTask除了實現了Future介面外還實現了Runnable介面，因此FutureTask也可以直接提交給Executor執行。 當然也可以調用線程直接執行（FutureTask.run()）。接下來我們根據FutureTask.run()的執行時機來分析其所處的3種狀態：

（1）未啟動，FutureTask.run()方法還沒有被執行之前，FutureTask處於未啟動狀態，當建立一個FutureTask，而且沒有執行FutureTask.run()方法前，這個FutureTask也處於未啟動狀態。

（2）已啟動，FutureTask.run()被執行的過程中，FutureTask處於已啟動狀態。

（3）已完成，FutureTask.run()方法執行完正常結束，或者被取消或者拋出異常而結束，FutureTask都處於完成狀態。

下面我們再來看看FutureTask的方法執行（方法和Future介面基本是一樣的，這裡就不過多描述了）

分析：

（1）當FutureTask處於未啟動或已啟動狀態時，如果此時我們執行FutureTask.get()方法將導致調用線程阻塞；當FutureTask處於完成狀態時，執行FutureTask.get()方法將導致調用線程立即返回結果或者拋出異常。

（2）當FutureTask處於未啟動狀態時，執行FutureTask.cancel()方法將導致此任務永遠不會執行。當FutureTask處於已啟動狀態時，執行cancel(true)方法將以中斷執行此任務線程的方式來試圖停止任務，如果任務取消成功，cancel(...)返回true；但如果執行cancel(false)方法將不會對正在執行的任務線程產生影響(讓線程正常執行到完成)，此時cancel(...)返回false。當任務已經完成，執行cancel(...)方法將返回false。

最後我們給出FutureTask的兩種建構函式：

public FutureTask(Callable<V> callable) {}public FutureTask(Runnable runnable, V result) {}

事實上，FutureTask是Future介面的一個唯一實作類別。

四、使用樣本

     通過上面的介紹，我們對Callable，Future，FutureTask都有了比較清晰的瞭解了，那麼它們到底有什麼用呢？我們前面說過通過這樣的方式去建立線程的話，最大的好處就是能夠返回結果，加入有這樣的情境，我們現在需要計算一個資料，而這個資料的計算比較耗時，而我們後面的程式也要用到這個資料結果，那麼這個時Callable豈不是最好的選擇？我們可以開設一個線程去執行計算，而主線程繼續做其他事，而後面需要使用到這個資料時，我們再使用Future擷取不就可以了嗎？下面我們就來編寫一個這樣的執行個體。

1、使用Callable+Future擷取執行結果

package com.demo.test;import java.util.concurrent.Callable;public class Task implements Callable<Integer>{        @Override    public Integer call() throws Exception {        System.out.println("子線程在進行計算");        Thread.sleep(3000);        int sum = 0;        for(int i=0;i<100;i++)            sum += i;        return sum;    }}

package com.demo.test;import java.util.concurrent.ExecutionException;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.Future;public class CallableTest {    public static void main(String[] args) {        //建立線程池        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();        //建立Callable對象任務          Task task = new Task();        //提交任務並擷取執行結果          Future<Integer> result = executor.submit(task);        //關閉線程池          executor.shutdown();                 try {            Thread.sleep(1000);        } catch (InterruptedException e1) {            e1.printStackTrace();        }                 System.out.println("主線程在執行任務");                 try {            if(result.get()!=null){                  System.out.println("task運行結果"+result.get());            }else{                System.out.println("未擷取到結果");             }        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        } catch (ExecutionException e) {            e.printStackTrace();        }                 System.out.println("所有任務執行完畢");    }}

運行結果：

子線程在進行計算主線程在執行任務task運行結果4950所有任務執行完畢

2、使用Callable+FutureTask擷取執行結果

package com.demo.test;import java.util.concurrent.ExecutionException;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.FutureTask;public class CallableTest1 {        public static void main(String[] args) {        //第一種方式        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();        Task task = new Task();        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);        executor.submit(futureTask);        executor.shutdown();                 //第二種方式，注意這種方式和第一種方式效果是類似的，只不過一個使用的是ExecutorService，一個使用的是Thread//        Task task = new Task();//        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);//        Thread thread = new Thread(futureTask);//        thread.start();                 try {            Thread.sleep(1000);        } catch (InterruptedException e1) {            e1.printStackTrace();        }                 System.out.println("主線程在執行任務");                 try {            if(futureTask.get()!=null){                  System.out.println("task運行結果"+futureTask.get());            }else{                System.out.println("future.get()未擷取到結果");             }        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        } catch (ExecutionException e) {            e.printStackTrace();        }                 System.out.println("所有任務執行完畢");    }}

運行結果同上。

補充：

實現Runnable介面和實現Callable介面的區別：

1、Runnable是自從java1.1就有了，而Callable是1.5之後才加上去的。

2、Callable規定的方法是call(),Runnable規定的方法是run()。

3、Callable的任務執行後可傳回值，而Runnable的任務是不能傳回值(是void)。

4、call方法可以拋出異常，run方法不可以。

5、運行Callable任務可以拿到一個Future對象，表示非同步計算的結果。它提供了檢查計算是否完成的方法，以等待計算的完成，並檢索計算的結果。通過Future對象可以瞭解任務執行情況，可取消任務的執行，還可擷取執行結果。

6、加入線程池運行，Runnable使用ExecutorService的execute方法，Callable使用submit方法。

Java並發編程：Callable、Future和FutureTask