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面试中如何答好:FutureTask

来源: 责编: 时间:2023-10-17 18:05:01 238观看
导读FutureTask是什么public interface Runnable { public abstract void run();}Student implements RunnableThread xiaoming = new Thread(new Student());xiaoming.start();我们知道Runnable是一个接口,它用来承载

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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();

我们知道Runnable是一个接口,它用来承载的是具体的任务,交给Thread执行。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

有这样一个场景:主线程执行一个任务(理解为调用一个方法)需要获取这个任务的返回值,然后再去执行另一个任务获取返回值,最后将两个返回值做其他处理,一般情况下耗时为两个任务的耗时和,如果想提高性能,可以用异步的方式,可以将任务一包装为Runnable,交给子线程执行,主线程执行第二个任务,这样就节省了一部分耗时,但是Runnable不支持返回值,所以行不通,而FutureTask就是解决这个问题的。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

FutureTask的类图如下:7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

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看图可以知道两个事:7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

  • 实现了Runnable接口,所以FutureTask也是一个可以承载任务的任务类。
  • 实现了Future接口,Future接口提供了任务操作和获取返回值等方法,利用Future接口可以获取任务执行状态,取消任务,获取任务返回值等。

所以说FutureTask就是一个实现了一套获取返回值机制的任务体,请注意它依然是任务体,自身不能执行任务,依然需要借助Thread执行。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

FutureTask应用例子

Callable<Integer> callableTask = () -> {    // 一些耗时的计算    return 42;};FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callableTask);Thread thread = new Thread(futureTask);thread.start();try {    Integer result = futureTask.get(); // 阻塞直到任务完成并返回结果    System.out.println("任务结果:" + result);} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {    e.printStackTrace();}

上面就是使用案例,看起来写法比较复杂,其实一旦理解就不复杂了,首先我们上面说了FutureTask实现了Runnable,所以它是任务体,任务体需要依赖Thread执行,所以这里FutureTask和Runnable的写法一样都是作为Thread的入参。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

代码中可以看到还有一个Callable类,这个其实也是任务体,它的源码如下:7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

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

它是一个有返回值的任务体,但是它和Runnable不同,Runnable是和Thread绑定的官方任务体,而Callable只是为达到实现获取任务返回值而衍生出来的一个任务体,它主要作为FutureTask类中的一个成员属性,充当真正被执行的任务体。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

FutureTask源码分析

先看下FutureTask主要的属性和构造方法:7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {    private volatile int state;    //等待执行状态 初始状态    private static final int NEW          = 0;    //执行完毕状态,但是结果还没有填充到outcome    private static final int COMPLETING   = 1;    //返回值填充outcome 正常结束任务状态    private static final int NORMAL       = 2;    //因异常而结束    private static final int EXCEPTIONAL  = 3;    //任务还未执行之前就调用了cancel(true)方法    private static final int CANCELLED    = 4;    //中断的中间状态    private static final int INTERRUPTING = 5;    //中断的状态    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是状态,没到一个阶段都是不同的状态。
  • outcome是存放返回值的,当任务执行完返回的值会赋值给outcome
  • callable是真正的任务体,run方法在运行的时候实际上是运行callable对象的call方法。
  • waiters是线程阻塞等待结果的时候存放的队列,它的类型是WaitNode,WaitNode里面有一个next属性,可见它是一个单向链表结构。
  • runner是当前正在执行任务的线程。
  • done方法在FutureTask里面没有具体实现,它是任务处理完的一个后置方法,是留给子类用的。
  • 构造方法一是接收一个Callable对象赋值给成员变量callable。- 构造方法二是接收一个Runnable对象和一个result值,同样是赋值给callable变量。
  • 构造方法一很容易理解,构造方法二则是接收一个Runnable任务体,但是Runnable没有返回值,所以再接收一个result值作为默认的返回值,也就是无论任务体的任务执行的结果是什么,都以result值作为固定的返回值。
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;        }    }

构造方法二中调用了Executors.callable()方法,这个方法就是将Runnable和result值封装为RunnableAdapter对象,RunnableAdapter实现了Callable,所以它也是一个Callable对象,所以可以赋值给成员变量callable.7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

接下来按照应用案例中的步骤跟一下源码,构造方法我们看了,接下来就是启动线程,启动线程就会调用任务体的run方法,我们从run方法开始跟进源码。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

run方法源码分析

 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. 判断状态,只有当前状态为待执行状态,并且能利用cas将当前线程成功赋值给runner,进入下一步。
  2. 如果成员变量callable不为空,执行任务体callable的call方法并得到返回值result。
  3. 调用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. 将状态由NEW(待执行状态)改为COMPLETING(执行完成状态)。
  2. 将返回值result赋值给成员变量outcome。
  3. 将状态由改为COMPLETING(执行完成状态)NORMAL(返回值填充完毕状态)
  4. 调用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;           }

这个方法其实就是唤醒正在等待结果的线程,可能有多个线程在等待任务返回值,等待的线程都会被封装为一个WaitNode节点,多个节点以单向链表结构连接在一起,这个方法是从链表的头节点一个一个唤醒。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

将所有的等待线程唤醒后,最后执行done方法,done方法在FutureTask没有被实现,所以也就相当于什么都不做,那么done存在的意义是什么呢?它存在的意义在于在任务处理的完毕后线程结束前做一些事情,是留给子类扩展用的。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

再看futureTask.get()的源码分析

当前线程是等待任务结果的线程不同于上面执行任务的线程:7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

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

如果此时状态是返回值填充完毕状态,那就进入report方法直接返回值即可,如果此时状态不是返回值填充完毕状态,就要进入awaitDone方法进行阻塞等待操作。7kv28资讯网——每日最新资讯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时长的。如果没有传入阻塞时长就是永久阻塞。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

先计算等待时长,结果要么是需要等待一定时长,要么是永久等待。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

进入循环进行一些力的判断处理。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

判断中断,如果是被中断直接出队并抛异常(外面可以通过捕获异常让下城跳出循环)。可见阻塞等待是可以被中断的。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

如果此时状态是大于等于返回值填充完毕状态直接返回此状态。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

如果此时状态为执行完毕状态,但是还没有到达返回值填充完毕状态,那就让出cpu稍微等待一下,因为这两个状态的间隔很短。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

如果上面的判断都不满足,那就为当前线程绑定WaitNode节点。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

如果绑定的WaitNode节点还没有入队,那就通过cas方式入队,就是替换头节点,也就是后进来的为头节点。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

如果指定了阻塞时间,此时要判断是否超时,如果超时就直接返回状态,如果没有超时,计算出所剩的时间,然后利用LockSupport.parkNanos阻塞。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

如果上面都不满足就利用LockSupport.park进入永久阻塞。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

上面就是FutureTask主要的源码分析,其原理比较简单,如果是run方法中提供返回值的支持,还有一个方法runAndReset,它提供了任务循环执行的支持。7kv28资讯网——每日最新资讯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;    }

这个代码很简单,如果状态为待执行,就会执行任务,不关心返回值,任务执行完不会更新状态,使得状态一直处于待执行状态,如果runAndReset方法被再次调用依然会再一次执行任务。ScheduledThreadPoolExecutor就利用了这个方法实现定时任务处理。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

其他方法支持

上面说了FutureTask实现了Future接口,Future接口提供了对任务处理的能力7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

//获取任务结果 如果任务没有处理完就阻塞等待timeout时间V get(long timeout, TimeUnit unit);//获取任务结果 如果任务没有处理完就永久阻塞等待V get(); //任务执行完毕后执行的方法,用于子类扩展用boolean isDone();//任务是否被取消 true为已取消boolean isCancelled();//取消任务boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);

cancel为取消任务,它有一个boolean类型的参数,true表示需要中断线程并且将状态改为INTERRUPTING,false表示只改状态为CANCELLED。7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

cancel方法的逻辑如下:7kv28资讯网——每日最新资讯28at.com

  • 只有处于待执行状态的任务才会被取消
  • 传参为false,状态由NEW改为CANCELLED
  • 传参为true,状态由NEW改为INTERRUPTING
  • 同时如果传参是true,则调用负责执行任务的那个线程的interrupt方法进行中断操作,最后将状态由INTERRUPTING改为INTERRUPTED
  • 唤醒所有正在等待任务结果的线程。
  • 最后执行done方法。

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