java多線程之Future和FutureTask使用實例

更新時間：2020年09月30日 10:17:41 作者：PascalLee

這篇文章主要介紹了java多線程之Future和FutureTask使用實例，具有很好的參考價值，希望對大家有所幫助。一起跟隨小編過來看看吧

Executor框架使用Runnable 作為其基本的任務(wù)表示形式。Runnable是一種有局限性的抽象，然后可以寫入日志，或者共享的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但是他不能返回一個值。

許多任務(wù)實際上都是存在延遲計算的：執(zhí)行數(shù)據(jù)庫查詢，從網(wǎng)絡(luò)上獲取資源，或者某個復(fù)雜耗時的計算。對于這種任務(wù)，Callable是一個更好的抽象，他能返回一個值，并可能拋出一個異常。Future表示一個任務(wù)的周期，并提供了相應(yīng)的方法來判斷是否已經(jīng)完成或者取消，以及獲取任務(wù)的結(jié)果和取消任務(wù)。

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; }
public interface Future<V> {
 
  /**
   * Attempts to cancel execution of this task. This attempt will
   * fail if the task has already completed, has already been cancelled,
   * or could not be cancelled for some other reason. If successful,
   * and this task has not started when <tt>cancel</tt> is called,
   * this task should never run. If the task has already started,
   * then the <tt>mayInterruptIfRunning</tt> parameter determines
   * whether the thread executing this task should be interrupted in
   * an attempt to stop the task.
   *
   * <p>After this method returns, subsequent calls to {@link #isDone} will
   * always return <tt>true</tt>. Subsequent calls to {@link #isCancelled}
   * will always return <tt>true</tt> if this method returned <tt>true</tt>.
   *
   * @param mayInterruptIfRunning <tt>true</tt> if the thread executing this
   * task should be interrupted; otherwise, in-progress tasks are allowed
   * to complete
   * @return <tt>false</tt> if the task could not be cancelled,
   * typically because it has already completed normally;
   * <tt>true</tt> otherwise
   */
  boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
 
  /**
   * Returns <tt>true</tt> if this task was cancelled before it completed
   * normally.
   *
   * @return <tt>true</tt> if this task was cancelled before it completed
   */
  boolean isCancelled();
 
  /**
   * Returns <tt>true</tt> if this task completed.
   *
   * Completion may be due to normal termination, an exception, or
   * cancellation -- in all of these cases, this method will return
   * <tt>true</tt>.
   *
   * @return <tt>true</tt> if this task completed
   */
  boolean isDone();
 
  /**
   * Waits if necessary for the computation to complete, and then
   * retrieves its result.
   *
   * @return the computed result
   * @throws CancellationException if the computation was cancelled
   * @throws ExecutionException if the computation threw an
   * exception
   * @throws InterruptedException if the current thread was interrupted
   * while waiting
   */
  V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
 
  /**
   * Waits if necessary for at most the given time for the computation
   * to complete, and then retrieves its result, if available.
   *
   * @param timeout the maximum time to wait
   * @param unit the time unit of the timeout argument
   * @return the computed result
   * @throws CancellationException if the computation was cancelled
   * @throws ExecutionException if the computation threw an
   * exception
   * @throws InterruptedException if the current thread was interrupted
   * while waiting
   * @throws TimeoutException if the wait timed out
   */
  V get(long timeout, TimeUnit unit)
    throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

可以通過多種方法來創(chuàng)建一個Future來描述任務(wù)。ExecutorService中的submit方法接受一個Runnable或者Callable，然后返回一個Future來獲得任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果或者取消任務(wù)。

 /**
   * Submits a value-returning task for execution and returns a
   * Future representing the pending results of the task. The
   * Future's <tt>get</tt> method will return the task's result upon
   * successful completion.
   *
   * <p>
   * If you would like to immediately block waiting
   * for a task, you can use constructions of the form
   * <tt>result = exec.submit(aCallable).get();</tt>
   *
   * <p> Note: The {@link Executors} class includes a set of methods
   * that can convert some other common closure-like objects,
   * for example, {@link java.security.PrivilegedAction} to
   * {@link Callable} form so they can be submitted.
   *
   * @param task the task to submit
   * @return a Future representing pending completion of the task
   * @throws RejectedExecutionException if the task cannot be
   *     scheduled for execution
   * @throws NullPointerException if the task is null
   */
  <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
 
  /**
   * Submits a Runnable task for execution and returns a Future
   * representing that task. The Future's <tt>get</tt> method will
   * return the given result upon successful completion.
   *
   * @param task the task to submit
   * @param result the result to return
   * @return a Future representing pending completion of the task
   * @throws RejectedExecutionException if the task cannot be
   *     scheduled for execution
   * @throws NullPointerException if the task is null
   */
  <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
 
  /**
   * Submits a Runnable task for execution and returns a Future
   * representing that task. The Future's <tt>get</tt> method will
   * return <tt>null</tt> upon <em>successful</em> completion.
   *
   * @param task the task to submit
   * @return a Future representing pending completion of the task
   * @throws RejectedExecutionException if the task cannot be
   *     scheduled for execution
   * @throws NullPointerException if the task is null
   */
  Future<?> submit(Runnable task);

另外ThreadPoolExecutor中的newTaskFor(Callable<T> task) 可以返回一個FutureTask。

假設(shè)我們通過一個方法從遠程獲取一些計算結(jié)果，假設(shè)方法是 List getDataFromRemote()，如果采用同步的方法，代碼大概是 List data = getDataFromRemote(),我們將一直等待getDataFromRemote返回，然后才能繼續(xù)后面的工作，這個函數(shù)是從遠程獲取計算結(jié)果的，如果需要很長時間，后面的代碼又和這個數(shù)據(jù)沒有什么關(guān)系的話，阻塞在那里就會浪費很多時間。我們有什么辦法可以改進呢？？？

能夠想到的辦法是調(diào)用函數(shù)后，立即返回，然后繼續(xù)執(zhí)行，等需要用數(shù)據(jù)的時候，再取或者等待這個數(shù)據(jù)。具體實現(xiàn)有兩種方式，一個是用Future，另一個是回調(diào)。

Future<List> future = getDataFromRemoteByFuture();
    //do something....
    List data = future.get();

可以看到我們返回的是一個Future對象，然后接著自己的處理后面通過future.get()來獲得我們想要的值。也就是說在執(zhí)行g(shù)etDataFromRemoteByFuture的時候，就已經(jīng)啟動了對遠程計算結(jié)果的獲取，同時自己的線程還繼續(xù)執(zhí)行不阻塞。知道獲取時候再拿數(shù)據(jù)就可以?？匆幌耮etDataFromRemoteByFuture的實現(xiàn)：

private Future<List> getDataFromRemoteByFuture() {
 
    return threadPool.submit(new Callable<List>() {
      @Override
      public List call() throws Exception {
        return getDataFromRemote();
      }
    });
  }

我們在這個方法中調(diào)用getDataFromRemote方法，并且用到了線程池。把任務(wù)加入線程池之后，理解返回Future對象。Future的get方法，還可以傳入一個超時參數(shù)，用來設(shè)置等待時間，不會一直等下去。

也可以利用FutureTask來獲取結(jié)果：

 FutureTask<List> futureTask = new FutureTask<List>(new Callable<List>() {
      @Override
      public List call() throws Exception {
        return getDataFromRemote();
      }
    });
 
    threadPool.submit(futureTask); 
    futureTask.get();

FutureTask是一個具體的實現(xiàn)類，ThreadPoolExecutor的submit方法返回的就是一個Future的實現(xiàn)，這個實現(xiàn)就是FutureTask的一個具體實例，F(xiàn)utureTask幫助實現(xiàn)了具體的任務(wù)執(zhí)行，以及和Future接口中的get方法的關(guān)聯(lián)。

FutureTask除了幫助ThreadPool很好的實現(xiàn)了對加入線程池任務(wù)的Future支持外，也為我們提供了很大的便利，使得我們自己也可以實現(xiàn)支持Future的任務(wù)調(diào)度。

補充知識：多線程中Future與FutureTask的區(qū)別和聯(lián)系

線程的創(chuàng)建方式中有兩種，一種是實現(xiàn)Runnable接口，另一種是繼承Thread，但是這兩種方式都有個缺點，那就是在任務(wù)執(zhí)行完成之后無法獲取返回結(jié)果，于是就有了Callable接口，F(xiàn)uture接口與FutureTask類的配和取得返回的結(jié)果。

我們先回顧一下java.lang.Runnable接口，就聲明了run(),其返回值為void，當(dāng)然就無法獲取結(jié)果。

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

而Callable的接口定義如下

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

該接口聲明了一個名稱為call()的方法，同時這個方法可以有返回值V，也可以拋出異常。嗯，對該接口我們先了解這么多就行，下面我們來說明如何使用，前篇文章我們說過，無論是Runnable接口的實現(xiàn)類還是Callable接口的實現(xiàn)類，都可以被ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor執(zhí)行，ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor都實現(xiàn)了ExcutorService接口，而因此Callable需要和Executor框架中的ExcutorService結(jié)合使用，我們先看看ExecutorService提供的方法：

  <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(xiàn)Callable接口的任務(wù)，并且返回封裝了異步計算結(jié)果的Future。

第二個方法：submit提交一個實現(xiàn)Runnable接口的任務(wù)，并且指定了在調(diào)用Future的get方法時返回的result對象。（不常用）

第三個方法：submit提交一個實現(xiàn)Runnable接口的任務(wù)，并且返回封裝了異步計算結(jié)果的Future。

因此我們只要創(chuàng)建好我們的線程對象（實現(xiàn)Callable接口或者Runnable接口），然后通過上面3個方法提交給線程池去執(zhí)行即可。還有點要注意的是，除了我們自己實現(xiàn)Callable對象外，我們還可以使用工廠類Executors來把一個Runnable對象包裝成Callable對象。Executors工廠類提供的方法如下：

public static Callable<Object> callable(Runnable task)

public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result)

2.Future<V>接口

Future<V>接口是用來獲取異步計算結(jié)果的，說白了就是對具體的Runnable或者Callable對象任務(wù)執(zhí)行的結(jié)果進行獲取(get()),取消(cancel()),判斷是否完成等操作。我們看看Future接口的源碼：

  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; 
  }

方法解析：

V get() ：獲取異步執(zhí)行的結(jié)果，如果沒有結(jié)果可用，此方法會阻塞直到異步計算完成。

V get(Long timeout , TimeUnit unit) ：獲取異步執(zhí)行結(jié)果，如果沒有結(jié)果可用，此方法會阻塞，但是會有時間限制，如果阻塞時間超過設(shè)定的timeout時間，該方法將拋出異常。

boolean isDone() ：如果任務(wù)執(zhí)行結(jié)束，無論是正常結(jié)束或是中途取消還是發(fā)生異常，都返回true。

boolean isCanceller() ：如果任務(wù)完成前被取消，則返回true。

boolean cancel(boolean mayInterruptRunning) ：如果任務(wù)還沒開始，執(zhí)行cancel(...)方法將返回false；如果任務(wù)已經(jīng)啟動，執(zhí)行cancel(true)方法將以中斷執(zhí)行此任務(wù)線程的方式來試圖停止任務(wù)，如果停止成功，返回true；當(dāng)任務(wù)已經(jīng)啟動，執(zhí)行cancel(false)方法將不會對正在執(zhí)行的任務(wù)線程產(chǎn)生影響(讓線程正常執(zhí)行到完成)，此時返回false；當(dāng)任務(wù)已經(jīng)完成，執(zhí)行cancel(...)方法將返回false。mayInterruptRunning參數(shù)表示是否中斷執(zhí)行中的線程。

通過方法分析我們也知道實際上Future提供了3種功能：（1）能夠中斷執(zhí)行中的任務(wù)（2）判斷任務(wù)是否執(zhí)行完成（3）獲取任務(wù)執(zhí)行完成后額結(jié)果。

但是我們必須明白Future只是一個接口，我們無法直接創(chuàng)建對象，因此就需要其實現(xiàn)類FutureTask登場啦。

3.FutureTask類

我們先來看看FutureTask的實現(xiàn)

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> { 
FutureTask類實現(xiàn)了RunnableFuture接口，我們看一下RunnableFuture接口的實現(xiàn)：
  public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> { 
    void run(); 
  }

分析：FutureTask除了實現(xiàn)了Future接口外還實現(xiàn)了Runnable接口（即可以通過Runnable接口實現(xiàn)線程，也可以通過Future取得線程執(zhí)行完后的結(jié)果），因此FutureTask也可以直接提交給Executor執(zhí)行。

最后我們給出FutureTask的兩種構(gòu)造函數(shù)：

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

4.Callable<V>/Future<V>/FutureTask的使用 (封裝了異步獲取結(jié)果的Future!!!)

通過上面的介紹，我們對Callable，F(xiàn)uture，F(xiàn)utureTask都有了比較清晰的了解了，那么它們到底有什么用呢？我們前面說過通過這樣的方式去創(chuàng)建線程的話，最大的好處就是能夠返回結(jié)果，加入有這樣的場景，我們現(xiàn)在需要計算一個數(shù)據(jù)，而這個數(shù)據(jù)的計算比較耗時，而我們后面的程序也要用到這個數(shù)據(jù)結(jié)果，那么這個時 Callable豈不是最好的選擇？我們可以開設(shè)一個線程去執(zhí)行計算，而主線程繼續(xù)做其他事，而后面需要使用到這個數(shù)據(jù)時，我們再使用Future獲取不就可以了嗎？下面我們就來編寫一個這樣的實例

4.1 使用Callable+Future獲取執(zhí)行結(jié)果

Callable實現(xiàn)類如下：

package com.zejian.Executor; 
import java.util.concurrent.Callable; 
/** 
 * @author zejian 
 * @time 2016年3月15日 下午2:02:42 
 * @decrition Callable接口實例 
 */ 
public class CallableDemo implements Callable<Integer> { 
   
  private int sum; 
  @Override 
  public Integer call() throws Exception { 
    System.out.println("Callable子線程開始計算啦！"); 
    Thread.sleep(2000); 
     
    for(int i=0 ;i<5000;i++){ 
      sum=sum+i; 
    } 
    System.out.println("Callable子線程計算結(jié)束！"); 
    return sum; 
  } 
}

Callable執(zhí)行測試類如下：

  package com.zejian.Executor; 
  import java.util.concurrent.ExecutorService; 
  import java.util.concurrent.Executors; 
  import java.util.concurrent.Future; 
  /** 
   * @author zejian 
   * @time 2016年3月15日 下午2:05:43 
   * @decrition callable執(zhí)行測試類 
   */ 
  public class CallableTest { 
     
    public static void main(String[] args) { 
      //創(chuàng)建線程池 
      ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
      //創(chuàng)建Callable對象任務(wù) 
      CallableDemo calTask=new CallableDemo(); 
      //提交任務(wù)并獲取執(zhí)行結(jié)果 
      Future<Integer> future =es.submit(calTask); 
      //關(guān)閉線程池 
      es.shutdown(); 
      try { 
        Thread.sleep(2000); 
      System.out.println("主線程在執(zhí)行其他任務(wù)"); 
       
      if(future.get()!=null){ 
        //輸出獲取到的結(jié)果 
        System.out.println("future.get()-->"+future.get()); 
      }else{ 
        //輸出獲取到的結(jié)果 
        System.out.println("future.get()未獲取到結(jié)果"); 
      } 
       
      } catch (Exception e) { 
        e.printStackTrace(); 
      } 
      System.out.println("主線程在執(zhí)行完成"); 
    } 
  }

執(zhí)行結(jié)果：

Callable子線程開始計算啦！

主線程在執(zhí)行其他任務(wù)

Callable子線程計算結(jié)束！

future.get()-->12497500

主線程在執(zhí)行完成

4.2 使用Callable+FutureTask獲取執(zhí)行結(jié)果

  package com.zejian.Executor; 
  import java.util.concurrent.ExecutorService; 
  import java.util.concurrent.Executors; 
  import java.util.concurrent.Future; 
  import java.util.concurrent.FutureTask; 
  /** 
   * @author zejian 
   * @time 2016年3月15日 下午2:05:43 
   * @decrition callable執(zhí)行測試類 
   */ 
  public class CallableTest { 
     
    public static void main(String[] args) { 
  //   //創(chuàng)建線程池 
  //   ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
  //   //創(chuàng)建Callable對象任務(wù) 
  //   CallableDemo calTask=new CallableDemo(); 
  //   //提交任務(wù)并獲取執(zhí)行結(jié)果 
  //   Future<Integer> future =es.submit(calTask); 
  //   //關(guān)閉線程池 
  //   es.shutdown(); 
       
      //創(chuàng)建線程池 
      ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
      //創(chuàng)建Callable對象任務(wù) 
      CallableDemo calTask=new CallableDemo(); 
      //創(chuàng)建FutureTask 
      FutureTask<Integer> futureTask=new FutureTask<>(calTask); 
      //執(zhí)行任務(wù) 
      es.submit(futureTask); 
      //關(guān)閉線程池 
      es.shutdown(); 
      try { 
        Thread.sleep(2000); 
      System.out.println("主線程在執(zhí)行其他任務(wù)"); 
       
      if(futureTask.get()!=null){ 
        //輸出獲取到的結(jié)果 
        System.out.println("futureTask.get()-->"+futureTask.get()); 
      }else{ 
        //輸出獲取到的結(jié)果 
        System.out.println("futureTask.get()未獲取到結(jié)果"); 
      } 
       
      } catch (Exception e) { 
        e.printStackTrace(); 
      } 
      System.out.println("主線程在執(zhí)行完成"); 
    } 
  }

執(zhí)行結(jié)果：