Java 线程池之线程返回值
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通常来说，开启线程能够提高程序的并发能力，而Thread 类里并没有任何方法可以获取到线程的执行结果。接下来，我们将一步步分析如何拿到线程的执行结果。
通过本篇文章，你将了解到：
1、原始方式 获取线程执行结果
2、FutureTask 获取线程执行结果
3、线程池 获取线程执行结果
1、原始方式 获取线程执行结果
public class ThreadRet {
private int sum = 0;
public static void main(String args[]) {
ThreadRet threadRet = new ThreadRet();
threadRet.startTest();
}
private void startTest() {
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int a = 5;
int b = 5;
int c = a + b;
//将结果赋予成员变量
sum = c;
System.out.println("c:" + c);
}
});
t1.start();
try {
//等待线程执行完毕
t1.join();
//执行过这条语句后，说明线程已将sum赋值
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("sum:" + sum);
}
}
打印结果如下：
image.png
说明主线程已经拿到线程1的执行结果了。
原理也很简单：
- 线程1在计算结果，那么其它线程必须要等待它执行结束了才能得到有效的结果。
- 此时可以选择两种方式检测计算结果：轮询与等待-通知，当然是用等待-通知更有效率。
- Thread.join 即是是用了等待-通知方式，Thread.join 一直等到目标线程执行完毕后才返回，否则阻塞等待。
Thread.join 原理请移步：Java Thread.sleep/Thread.join/Thread.yield/Object.wait/Condition.await 详解
2、FutureTask 获取线程执行结果
FutureTask 使用
虽然上述方式能够获取线程执行结果，然而却有如下不足之处：
1、每次都需要定义不同类型的成员变量来接收返回结果。
2、每次都需要Thread.join 阻塞等待。
想想有没有什么方法将上述功能封装起来呢？该到Callable出场了。
private void startCall() {
//定义Callable，具体的线程处理在call()里进行
Callable<String> callable = new Callable() {
@Override
public Object call() throws Exception {
String result = "hello world";
//返回result
return result;
}
};
//定义FutureTask,持有Callable 引用
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask(callable);
//开启线程
new Thread(futureTask).start();
try {
//获取结果
String result = futureTask.get();
System.out.println("result:" + result);
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
最终打印如下：
[图片上传失败...(image-c13d3d-1633842218342)]
可以看出，能够正确获取到线程的执行结果了。
操作步骤分四步：
1、定义Callable，线程具体的工作在此处理，可以返回任意值。
2、定义FutureTask，持有Callable 引用，并且指定泛型的具体类型，该类型决定了线程最终的返回类型。实际上就是将Callable.call()返回值强转为具体类型。
3、最后构造Thread，并传入FutureTask，而FutureTask实现了Runnable。
4、通过FutureTask 获取线程执行结果。
FutureTask 原理
先看关键类的定义：
#Callable.java
public interface Callable<V> {
//返回泛型
V call() throws Exception;
}
Callable 只有一个方法，该方法返回泛型类型。
再看FutureTask：
#FutureTask.java
public void run() {
try {
//传进来的Callable
Callable<V> c = callable;
if (c != null && state == NEW) {
V result;
boolean ran;
try {
//执行Callable call 方法
result = c.call();
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
...
}
//记录结果
if (ran)
set(result);
}
} finally {
...
}
}
protected void set(V v) {
if (U.compareAndSwapInt(this, STATE, NEW, COMPLETING)) {
//记录到成员变量 outcome里
outcome = v;
//CAS 修改状态
U.putOrderedInt(this, STATE, NORMAL); // final state
//通知等待线程执行结果的其它线程
finishCompletion();
}
}
private void finishCompletion() {
//waiters 为链表头，该链表记录着所有等待该线程执行结果的其它线程
for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
//CAS 不成功，则继续循环
if (U.compareAndSwapObject(this, WAITERS, q, null)) {
//CAS 修改成功，将链表头置空
//遍历链表
for (;;) {
//取出等待的线程
Thread t = q.thread;
if (t != null) {
q.thread = null;
//唤醒
LockSupport.unpark(t);
}
//继续找下一个线程
WaitNode next = q.next;
if (next == null)
break;
q.next = null; // unlink to help gc
q = next;
}
break;
}
}
...
}
上述逻辑很清晰：
1、FutureTask 实现了Runnable，重写了run()方法，当线程执行时会执行run()方法，而run()最终调用了Callable的call()方法，返回值记录在成员变量outcome里。
2、当run()执行完毕后，说明结果已经出来了，将通知其它线程(唤醒)。
既然有唤醒过程，那么必然有等待过程，否则唤醒的逻辑无意义。
FutureTask 实现了Future接口，重写了get()等方法。
#FutureTask.java
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
int s = state;
if (s <= COMPLETING)
//阻塞等待
s = awaitDone(false, 0L);
//处理返回值
return report(s);
}
private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException {
WaitNode q = null;
boolean queued = false;
for (;;) {
//一些临界状态判断
//封装为节点，加入到等待链表里
//限时等待
else if (timed) {
...
if (state < COMPLETING)
//线程挂起指定的时间
LockSupport.parkNanos(this, parkNanos);
}
else
//一直等待，直到有结果返回
LockSupport.park(this);
}
}
private V report(int s) throws ExecutionException {
Object x = outcome;
if (s == NORMAL)
//将强转为泛型指定的类型
return (V)x;
...
}
由上可以看出：
1、FutureTask.get() 阻塞等待线程执行结果返回。
2、若是还没结果，先将自己加入到等待链表里，并且可以指定等待一定的时间，若是时间到了还是没有结果，就直接返回。
3、最后等到执行结果后，强转为想要的类型，在例子里强转为String。
整个流程用图表示如下：
[图片上传失败...(image-b36b2-1633842218342)]
对比原始方式和FutureTask方式异同点:
不同点
原始方式通过Object.wait/Object.notify 来实现等待通知，而FutureTask 通过Volatile + CAS+LockSupport 来实现等待通知。
相同点
线程执行结果都存储在成员变量里。
3、线程池 获取线程执行结果
小Demo：
private void startPool() {
//线程池
ExecutorService service = Executors.newSingleThreadExecutor();
//定义Callable
Callable<String> callable = new Callable() {
@Override
public Object call() throws Exception {
String result = "hello world";
//返回result
return result;
}
};
//返回Future，实际上是FutureTask实例
Future<String> future = service.submit(callable);
try {
System.out.println(future.get());
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
线程池提供了三种方式获取线程执行结果，虽然使用方式不太一样，但内部都是依靠Callable+FutureTask来实现的。
第一种
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
传入的参数为Callable，Callable.run()决定返回值。
第二种
Future<?> submit(Runnable task);
传入参数为Runnable，Runnable.run() 没有返回值，因此此时Future.get()返回null。
第三种
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
传入参数除了Runnable，还有result，虽然Runnable.run() 没有返回值，但是最终Future.get() 将会返回result。
总结
以上分析了三种方式获取线程结果(实际两种，最后两种可归结为一类)，虽然做法不一样，但速途同归。
想要获取线程执行结果，无非两个核心：
1、能够知道线程何时结束。
2、能够将结果抛出(比如存储在成员变量里)。
下篇将重点分析线程池的使用与原理。
演示代码 若是有帮助，给github 点个赞呗～
