Java Future 模式

2019-08-08 本文已影响0人 wind_sky

前文介绍了Java 的线程池，Executor框架使用Runnable作为其基本的任务表示形式，然而Runnable是一种有很大局限的抽象，它不能返回一个值或抛出一个受检查的异常。我们在实际的开发中，经常需要用到延时计算的，即我们通过多线程执行一些计算任务，然后在根据计算结果做下一步处理。这时，Runnable 接口就不能满足需求，所以Callable 接口也就应运而生了。

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，这是一个泛型接口，call()函数返回的类型就是传递进来的V类型。

Runnable和Callable描述的都是抽象的计算任务。这些任务通常是有生命周期的。Executor执行的任务有4个生命周期阶段：创建、提交、开始和完成。由于有些任务可能要执行很长时间，因此通常希望可以取消这些任务。在Executor框架中，已提交但尚未开始的任务可以取消，对于已经开始执行的任务，只有当它们响应中断时才能取消。

Future 接口

Future表示一个任务的生命周期，并提供了方法来判断是否已经完成或取消，以及获取任务的结果和取消任务等。

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接口中声明了5个方法，下面依次解释每个方法的作用：

cancel 方法用来取消任务，如果取消任务成功则返回true，如果取消任务失败则返回false。参数mayInterruptIfRunning表示是否允许取消正在执行却没有执行完毕的任务，如果设置true，则表示可以取消正在执行过程中的任务。如果任务已经完成，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，此方法肯定返回false，即如果取消已经完成的任务会返回false；如果任务正在执行，若mayInterruptIfRunning设置为true，则返回true，若mayInterruptIfRunning设置为false，则返回false；如果任务还没有执行，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，肯定返回true。
isCancelled 方法表示任务是否被取消成功，如果在任务正常完成前被取消成功，则返回 true。
isDone 方法表示任务是否已经完成，若任务完成，则返回true；
get() 方法用来获取执行结果，这个方法会产生阻塞，会一直等到任务执行完毕才返回；
get(long timeout, TimeUnit unit) 用来获取执行结果，如果在指定时间内，还没获取到结果，就直接返回null。

也就是说，Future 提供了三种功能，即判断任务是否完成、中断任务和获取任务结果。

Callable 返回Future 示例：

public class CallableFuture {  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, Exception {   
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();  
        // Future是一个接口，该接口用来返回异步的结果。  
        Future<String> st = exec.submit(new TaskCallable());  

        /* 同步结果，并且设置超时时间 */  
        System.out.println(st.get(10000, TimeUnit.MILLISECONDS));  
        System.out.println("finished");  
    }  
}  
class TaskCallable implements Callable<String> {  
    public String call() throws Exception {
        Thread.sleep(1000);
        return "callstatus=OK";
    }  
}

FutureTask 类

Future只是一个接口，无法直接创建对象，因此有了FutureTask。FutureTask 实现了RunnableFuture 接口，而RunnableFuture 接口又继承了Runnable 接口和 Future 接口。

FutureTask是一个可取消的异步计算，FutureTask 实现了Future的基本方法，提供start cancel 操作，可以查询计算是否已经完成，并且可以获取计算的结果。结果只可以在计算完成之后获取，get方法会阻塞当计算没有完成的时候，一旦计算已经完成，那么计算就不能再次启动或是取消。

一个FutureTask 可以用来包装一个 Callable 或是一个Runnable对象。因为FutureTask 实现了Runnable方法，所以一个 FutureTask可以提交(submit) 给一个Executor 执行。它同时实现了Callable, 所以也可以作为Future 得到Callable 的返回值。

FutureTask 的使用示例：

public class JavaTest {
    public static void main(String[] args){
        long start = System.currentTimeMillis();

        Callable<String> callable = new FutureTaskTestCallable();

        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callable);

        // 工作线程
        Thread t = new Thread(futureTask);
        t.start();

        try {
            // 假设在做其他事
            Thread.sleep(2000);

            while (!futureTask.isDone());   // 轮询等待任务完成

            System.out.println(futureTask.get());

            System.out.println("耗时：" + (System.currentTimeMillis() - start) + " ms");

        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

class FutureTaskTestCallable implements Callable<String> {

    @Override
    public String call() throws Exception {
        Thread.sleep(5000);

        return "do something";
    }
}

输出结果：

image.png

从上例中可以看出，要想从Future 中取出结果，还得自己手动的轮询任务是否完成，这一点可能有些不是很优雅。

FutureTask 的实现原理：

可以参考这篇文章 https://blog.csdn.net/codershamo/article/details/51901057

Java Future 模式

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