本文由读者投稿，和你一起聊聊Future~我们都知道Java中创建线程的方式主要有3种：继承Thread类；实现Runnable接口；实现Callable接口。后两者的区别在于Callable接口中的call()方法可以异步返回一个计算结果Future，一般需要配合ExecutorService来执行。这组操作在代码实现上看起来并不难，但是不太清楚call()方法是如何执行的（通过ExecutorService），Future的结果是如何得到的。那么本文我们来了解一下Callable接口和Future的使用，主要针对两个问题：承载具体任务的call()方法是如何执行的？如何获取任务的执行结果？你可能会说，这两个不是问题吗？任务执行后会有返回结果，返回结果必须在任务执行后返回。它可以返回另一个任务的结果吗？别着急，耐心看完，你会发现这两个真的是个问题。本文将分为两部分。第一部分介绍了JavaAPI中task、execution、result这三个概念的实体及其各自的继承关系。第二部分通过一个简单的例子回顾一下它们的用法，然后理解这两个问题的答案。由于Callable、Executor、Future都是执行并返回结果的任务，所以我们先来看具体的任务，即Callable接口。Task:Callable很简单，只包含一个带有泛型“返回值”的call()方法，最后需要返回定义类型的结果。如果任务没有结果可返回，则将泛型V设置为void并返回null；应该做的伎俩。与Runnable相比，另一个明显的区别是Callable可以抛出异常。publicinterfaceCallable{Vcall()throwsException;}publicinterfaceRunnable{publicabstractvoidrun();}Execution：ExecutorService说到线程就离不开线程池，说到线程池就一定离不开Executor接口。下图是Executor的框架。我们常用的两个具体实现类ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor，是通过Executors类中的静态方法获取的。Executors包括线程池和线程工厂的构建，与Executor接口的关系类似于Collection接口与Collections类的关系。那么我们就从上到下了解一下Executor框架，学习学习任务是如何执行的。首先是Executor接口，其中只定义了execute()方法。publicinterfaceExecutor{voidexecute(Runnablecommand);}ExecutorService接口继承了Executor接口，主要扩展了一系列的submit()方法以及执行器的终止和判断状态。采取第一个Future提交（可调用任务）；举个例子，其中task是用户定义的异步任务，Future代表任务的执行结果，泛型T代表任务结果的类型。publicinterfaceExecutorServiceextendsExecutor{voidshutdown();//现有任务完成后停止线程池ListshutdownNow();//立即停止线程池booleanisShutdown();//判断是否已经停止booleanisTerminated();Futuresubmit(Callabletask);//提交CallaletaskFuturesubmit(Runnabletask,Tresult);Futuresubmit(Runnabletask);//InvokeAll()andCallable集合的其他方法}抽象类AbstractExecutorService是ThreadPoolExecutor的基类。在下面的代码中，它实现了ExecutorService接口中的submit()方法。注释中是对应的newTaskFor()方法的代码，很简单，就是将传入的Callable或Runnable参数封装成一个FutureTask对象。//1。第一个重载方法，参数为CallablepublicFuturesubmit(Callabletask){if(task==null)thrownewNullPointerException();RunnableFutureftask=newTaskFor(task);//returnnewFutureTask（可调用）；执行（ftask）；returnftask；}//2。第二种重载方法，参数为RunnablepublicFuturesubmit(Runnabletask){if(task==null)thrownewNullPointerException();RunnableFutureftask=newTaskFor(task,null);//returnnewFutureTask(task,空）；执行（ftask）；returnftask；}//3。第三种重载方法，参数为Runnable+returnobjectpublicFuturesubmit(Runnabletask,Tresult){if(task==null)thrownewNullPointerException();RunnableFutureftask=newTaskFor(task,result);//returnnewFutureTask(task,result);execute(ftask);returnftask;}也就是说无论传入的是Callable还是Runnable，submit()方法实际上做了三件事。具体来说，submit()首先生成一个RunnableFuture引用FutureTask实例，然后调用execute()方法执行，那么我们可以推测FutureTask继承自RunnableFuture，而RunnableFuture实现了Runnable，因为execute()的参数应该是RunnFutureTask的构造函数也涉及到able类型，我们来看一下。publicFutureTask(Callablecallable){this.callable=callable;this.state=NEW;}publicFutureTask(Runnablerunnable,Vresult){this.callable=Executors.callable(runnable,result);//通过适配器调用runnable()和returnresultthis.state=NEW;}FutureTask有两种构造方法。第一个构造方法比较简单，对应上面的第一个submit()，对Callable进行组合封装，并设置state为NEW；而第二种构造方法对应的是上面最后两个submit()重载，不同的是Executors.callable是先将Runnable和result组合成Callable，而这里的适配器RunnableAdapterimplementsCallable是用来在call()并返回结果。staticfinalclassRunnableAdapterimplementsCallable{finalRunnabletask;finalTresult;//返回的结果；显然：你需要在run(){this.task=task;this.result=result;}publicTcall(){task.run();returnresult;}}适配器设计模式中分配RunnableAdapter(Runnabletask,Tresult)，它通常包括三类角色：目标接口Target、适配器Adapter和适配器Adaptee，其中目标接口代表客户端（当前业务系统）需要的功能，通常是借口或抽象类；适配对象是现有类，不能满足使用要求；adapter是一个converter，也叫wrapper，用来给adaptee添加target功能，让client可以按照target接口的格式正确访问。对于RunnableAdapter，Callable是它的目标接口，Runnable是被适配者。RunnableAdapter重写了call()方法，这样就可以根据Callable的要求来使用了。同时它的构造方法接收适配器和目标对象，满足了call()方法有返回值的要求。所以总结一下submit()方法的执行过程就是：“将Callable封装在Runnable的一个子类中，传递给execute()执行”。Result：说Future是一个异步任务的执行结果是不准确的，因为它代表了一个任务的执行过程，有状态，可以取消，get()方法的返回值就是result的任务。publicinterfaceFuture{booleancancel(booleanmayInterruptIfRunning);booleanisCancelled();booleanisDone();Vget()throwsInterruptedException,ExecutionException;Vget(longtimeout,TimeUnitunit)throwsInterruptedException,ExecutionException,TimeoutFutureException;}我们上面也提到了。从官方的注释来看，RuunableFuture是一个可以运行的future。它实现了Runnable和Future这两个接口。在run()方法中进行计算时，需要保存结果，以便通过get()获取。publicinterfaceRunnableFutureextendsRunnable,Future{/***SetsthisFuturetotheresultofitscomputationunlessithasbeencancelled.*/voidrun();}FutureTask直接实现RunnableFuture接口。作为执行过程，有以下几种状态，其中COMPLETING是一个临时状态，表示正在设置结果或异常。相应的，设置完成后，状态变为NORMAL或EXCEPTIONAL；CANCELLED和INTERRUPTED表示任务被取消或中断。在上面的构造函数中，将状态初始化为NEW。私有易失性int状态；privatestaticfinalintNEW=0;privatestaticfinalintCOMPLETING=1;注意outcome的注释，不管是否发生异常，都会返回这个outcome，因为在执行的时候，如果执行成功，就把result设置给它（set()），当发生异常的时候，异常赋值给他（setException()），得到结果时也返回结果（通过report()）。publicclassFutureTaskimplementsRunnableFuture{privateCallablecallable;//目标，要执行的任务/**保存执行结果或异常，在get()方法中返回/抛出*/privateObjectoutcome;//非-volatile，通过CAS保证线程安全publicvoidrun(){......Callablec=callable;if(c!=null&&state==NEW){Vresult;booleanran;try{result=c.call();//调用()执行用户任务并得到结果ran=true;//执行完成，将ran设置为true}catch(Throwableex){//调用call()时出现异常，而run()方法继续执行result=null；ran=false;setException(ex);//setException(Throwablet):compareAndSwapInt(NEW,COMPLETING);outcome=t;}if(ran)set(result);//set(Vv):compareAndSwapInt(NEW,COMPLETING);outcome=v;}}publicVget()throwsInterruptedException,ExecutionException{ints=state;if(s<=COMPLETING)s=awaitDone(false,0L);//加入队列等待COMPLETING完成，响应超时，interruptreturnreport(s);}publicVget(longtimeout,TimeUnitunit)throwsInterruptedException,ExecutionException,TimeoutException{//超时等待}privateVreport(ints)throwsExecutionException{Objectx=outcome;if(s==NORMAL)//返回outcome作为执行结果return(V)x;如果(s>=CANCELLED)thrownewCancellationException();thrownewExecutionException((Throwable)x);//将结果作为捕获返回}}FutureTask实现了RunnableFuture接口，所以它有两个函数。首先将execute()方法作为Runnable传入执行，同时封装Callable对象，在run()中调用其c??all()方法；其次，作为Future管理任务的执行状态，将call()的返回值保存在outcome中，通过get()获取。这好像能回答前两个问题，很自然，好像是一道题，只不过当异常发生时，返回的不是任务的结果，而是异常对象。总结一下继承关系：2.文章标题有点唬人。毕竟是关于Callable的用法。现在我们知道Future代表任务执行的过程和结果，作为call()方法的返回值获取执行结果；而FutureTask是一个RunnableFuture，它既是任务执行的过程和结果，也是最终执行调用方法的载体。下面举个例子来看看它们在使用上的区别。首先创建一个任务，即定义一个任务类来实现Callable接口，在call()方法中加入我们的操作。这里用三秒返回100来模拟计算过程。classMyTaskimplementsCallable{@OverridepublicIntegercall()throwsException{System.out.println("子线程开始计算...");for(inti=0;i<3;++i){Thread.sleep(1000);System.out.println("子线程计算，耗时"+(i+1)+"秒");}System.out.println("子线程计算完成，返回：100");return100;}}那么好吧，创建一个线程池，并实例化一个MyTask备用。ExecutorServiceexecutor=Executors.newCachedThreadPool();MyTasktask=newMyTask();现在分别使用Future和FutureTask来获取执行结果，看看它们之间的区别。使用FutureFuture一般作为submit()的返回值，在主线程中以阻塞的方式获取异步任务的执行结果。System.out.println("主线程启动线程池");Futurefuture=executor.submit(task);System.out.println("主线程获取返回结果："+future.get());executor.shutdown();看输出结果：主线程启动线程池，子线程开始计算...子线程计算过程中，子线程计算需要1秒，需要2秒计算子线程，3秒完成子线程计算，返回：100主线程得到返回结果：100主线程启动线程池子线程开始计算...子线程-线程计算耗时1秒，子线程计算耗时2秒，子线程计算耗时3秒，子线程计算完成，返回：100主线程获取返回结果：100自get()方法阻塞获取结果，输出顺序为子线程计算完成后主线程输出结果。使用FutureTask由于FutureTask集成了“任务和结果”，我们可以使用FutureTask本身而不是返回值来管理任务。这需要首先使用Callable对象构造FutureTasks并调用不同的submit()重载方法。System.out.println("主线程启动线程池");FutureTaskfutureTask=newFutureTask<>(task);executor.submit(futureTask);//作为Ruunable传入submit()System.out.println("主线程获取返回结果："+futureTask.get());//获取结果为Futureexecutor.shutdown();这个程序的输出和上面的完全一样，其实两者在实际执行中的差别也不大，虽然前者调用了submit(Callabletask)而后者调用了submit(Runnabletask)，但是在最后，通过execute(futuretask)将任务添加到线程池中。综上所述，费了很大的功夫，尽可能详细的解释了Callable中的任务是如何执行的。总结就是：在线程池中，submit()方法实际上是将Callable封装在FutureTask中，作为Runnable的child来使用。该类被传递给execute()以进行真正的执行；FutureTask在run()中调用Callable对象的call()方法并接收返回值或捕获异常保存在Objectoutcome中，并在执行过程中管理state状态；FutureTask也作为Future的子类，通过get()返回任务的执行结果，如果没有执行完成，则会阻塞，通过等待队列等待完成；FutureTask是一个RunnableFuture，最重要的两个方法如下。本文转载自微信公众号“JavaBuilder”，可通过以下二维码关注。如需转载本文，请联系Java开发者公众号。
