并發編程一直是程序員們比較頭疼的，如何編寫正確的并發程序相比其他程序來說，是一件比較困難的事情，并發編程中出現的 Bug 往往也是特別詭異的。

之所以說并發編程出現的 Bug 比較詭異，是因為在并發編程中，很多時候出現的 Bug 不一定能完美的復現出來，也就是說，并發編程的 Bug 是很難重現，很難追蹤的。

今天，冰河再次帶小伙伴們復盤下Callable接口，好了，進入今天的正題。

本文純干貨，從源碼角度深入解析Callable接口，希望大家踏下心來，打開你的IDE，跟著文章看源碼，相信你一定收獲不小。

Callable接口介紹

Callable接口是JDK1.5新增的泛型接口，在JDK1.8中，被聲明為函數式接口，如下所示。

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

在JDK 1.8中只聲明有一個方法的接口為函數式接口，函數式接口可以使用@FunctionalInterface注解修飾，也可以不使用@FunctionalInterface注解修飾。只要一個接口中只包含有一個方法，那么，這個接口就是函數式接口。

在JDK中，實現Callable接口的子類如下圖所示。

默認的子類層級關系圖看不清，這里，可以通過IDEA右鍵Callable接口，選擇“Layout”來指定Callable接口的實現類圖的不同結構，如下所示。

這里，可以選擇“Organic Layout”選項，選擇后的Callable接口的子類的結構如下圖所示。

在實現Callable接口的子類中，有幾個比較重要的類，如下圖所示。

分別是：Executors類中的靜態內部類：PrivilegedCallable、PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader、RunnableAdapter和Task類下的TaskCallable。

Callable接口的實現類

接下來，分析的類主要有：PrivilegedCallable、PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader、RunnableAdapter和Task類下的TaskCallable。雖然這些類在實際工作中很少被直接用到，但是作為一名合格的開發工程師，設置是禿頂的資深專家來說，了解并掌握這些類的實現有助你進一步理解Callable接口，并提高專業技能(頭發再掉一批，哇哈哈哈。。。)。

• PrivilegedCallable

PrivilegedCallable類是Callable接口的一個特殊實現類，它表明Callable對象有某種特權來訪問系統的某種資源，PrivilegedCallable類的源代碼如下所示。

/** 
 * A callable that runs under established access control settings 
 */ 
static final class PrivilegedCallable<T> implements Callable<T> { 
 private final Callable<T> task; 
 private final AccessControlContext acc; 
 
 PrivilegedCallable(Callable<T> task) { 
  this.task = task; 
  this.acc = AccessController.getContext(); 
 } 
 
 public T call() throws Exception { 
  try { 
   return AccessController.doPrivileged( 
    new PrivilegedExceptionAction<T>() { 
     public T run() throws Exception { 
      return task.call(); 
     } 
    }, acc); 
  } catch (PrivilegedActionException e) { 
   throw e.getException(); 
  } 
 } 
} 

從PrivilegedCallable類的源代碼來看，可以將PrivilegedCallable看成是對Callable接口的封裝，并且這個類也繼承了Callable接口。

在PrivilegedCallable類中有兩個成員變量，分別是Callable接口的實例對象和AccessControlContext類的實例對象，如下所示。

private final Callable<T> task; 
private final AccessControlContext acc; 

其中，AccessControlContext類可以理解為一個具有系統資源訪問決策的上下文類，通過這個類可以訪問系統的特定資源。通過類的構造方法可以看出，在實例化AccessControlContext類的對象時，只需要傳遞Callable接口子類的對象即可，如下所示。

PrivilegedCallable(Callable<T> task) { 
 this.task = task; 
 this.acc = AccessController.getContext(); 
} 

AccessControlContext類的對象是通過AccessController類的getContext()方法獲取的，這里，查看AccessController類的getContext()方法，如下所示。

public static AccessControlContext getContext(){ 
 AccessControlContext acc = getStackAccessControlContext(); 
 if (acc == null) { 
  return new AccessControlContext(null, true); 
 } else { 
  return acc.optimize(); 
 } 
} 

通過AccessController的getContext()方法可以看出，首先通過getStackAccessControlContext()方法來獲取AccessControlContext對象實例。如果獲取的AccessControlContext對象實例為空，則通過調用AccessControlContext類的構造方法實例化，否則，調用AccessControlContext對象實例的optimize()方法返回AccessControlContext對象實例。

這里，我們先看下getStackAccessControlContext()方法是個什么鬼。

private static native AccessControlContext getStackAccessControlContext(); 

原來是個本地方法，方法的字面意思就是獲取能夠訪問系統棧的決策上下文對象。

接下來，我們回到PrivilegedCallable類的call()方法，如下所示。

public T call() throws Exception { 
 try { 
  return AccessController.doPrivileged( 
   new PrivilegedExceptionAction<T>() { 
    public T run() throws Exception { 
     return task.call(); 
    } 
   }, acc); 
 } catch (PrivilegedActionException e) { 
  throw e.getException(); 
 } 
} 

通過調用AccessController.doPrivileged()方法，傳遞PrivilegedExceptionAction。接口對象和AccessControlContext對象，并最終返回泛型的實例對象。

首先，看下AccessController.doPrivileged()方法，如下所示。

@CallerSensitive 
public static native <T> T 
    doPrivileged(PrivilegedExceptionAction<T> action, 
                 AccessControlContext context) 
    throws PrivilegedActionException; 

可以看到，又是一個本地方法。也就是說，最終的執行情況是將PrivilegedExceptionAction接口對象和AccessControlContext對象實例傳遞給這個本地方法執行。并且在PrivilegedExceptionAction接口對象的run()方法中調用Callable接口的call()方法來執行最終的業務邏輯，并且返回泛型對象。

• PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader

此類表示為在已經建立的特定訪問控制和當前的類加載器下運行的Callable類，源代碼如下所示。

/** 
 * A callable that runs under established access control settings and 
 * current ClassLoader 
 */ 
static final class PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader<T> implements Callable<T> { 
 private final Callable<T> task; 
 private final AccessControlContext acc; 
 private final ClassLoader ccl; 
 
 PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader(Callable<T> task) { 
  SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); 
  if (sm != null) { 
   sm.checkPermission(SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION); 
   sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader")); 
  } 
  this.task = task; 
  this.acc = AccessController.getContext(); 
  this.ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); 
 } 
 
 public T call() throws Exception { 
  try { 
   return AccessController.doPrivileged( 
    new PrivilegedExceptionAction<T>() { 
     public T run() throws Exception { 
      Thread t = Thread.currentThread(); 
      ClassLoader cl = t.getContextClassLoader(); 
      if (ccl == cl) { 
       return task.call(); 
      } else { 
       t.setContextClassLoader(ccl); 
       try { 
        return task.call(); 
       } finally { 
        t.setContextClassLoader(cl); 
       } 
      } 
     } 
    }, acc); 
  } catch (PrivilegedActionException e) { 
   throw e.getException(); 
  } 
 } 
} 

這個類理解起來比較簡單，首先，在類中定義了三個成員變量，如下所示。

private final Callable<T> task; 
private final AccessControlContext acc; 
private final ClassLoader ccl; 

接下來，通過構造方法注入Callable對象，在構造方法中，首先獲取系統安全管理器對象實例，通過系統安全管理器對象實例檢查是否具有獲取ClassLoader和設置ContextClassLoader的權限。并在構造方法中為三個成員變量賦值，如下所示。

PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader(Callable<T> task) { 
 SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); 
 if (sm != null) { 
  sm.checkPermission(SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION); 
  sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader")); 
 } 
 this.task = task; 
 this.acc = AccessController.getContext(); 
 this.ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); 
} 

接下來，通過調用call()方法來執行具體的業務邏輯，如下所示。

public T call() throws Exception { 
 try { 
  return AccessController.doPrivileged( 
   new PrivilegedExceptionAction<T>() { 
    public T run() throws Exception { 
     Thread t = Thread.currentThread(); 
     ClassLoader cl = t.getContextClassLoader(); 
     if (ccl == cl) { 
      return task.call(); 
     } else { 
      t.setContextClassLoader(ccl); 
      try { 
       return task.call(); 
      } finally { 
       t.setContextClassLoader(cl); 
      } 
     } 
    } 
   }, acc); 
 } catch (PrivilegedActionException e) { 
  throw e.getException(); 
 } 
} 

在call()方法中同樣是通過調用AccessController類的本地方法doPrivileged，傳遞PrivilegedExceptionAction接口的實例對象和AccessControlContext類的對象實例。

具體執行邏輯為：在PrivilegedExceptionAction對象的run()方法中獲取當前線程的ContextClassLoader對象，如果在構造方法中獲取的ClassLoader對象與此處的ContextClassLoader對象是同一個對象(不止對象實例相同，而且內存地址也相同)，則直接調用Callable對象的call()方法返回結果。否則，將PrivilegedExceptionAction對象的run()方法中的當前線程的ContextClassLoader設置為在構造方法中獲取的類加載器對象，接下來，再調用Callable對象的call()方法返回結果。最終將當前線程的ContextClassLoader重置為之前的ContextClassLoader。

• RunnableAdapter

RunnableAdapter類比較簡單，給定運行的任務和結果，運行給定的任務并返回給定的結果，源代碼如下所示。

/** 
 * A callable that runs given task and returns given 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; 
 } 
} 

• TaskCallable

TaskCallable類是javafx.concurrent.Task類的靜態內部類，TaskCallable類主要是實現了Callable接口并且被定義為FutureTask的類，并且在這個類中允許我們攔截call()方法來更新task任務的狀態。源代碼如下所示。

private static final class TaskCallable<V> implements Callable<V> { 
 
 private Task<V> task; 
 private TaskCallable() { } 
 
 @Override  
 public V call() throws Exception { 
  task.started = true; 
  task.runLater(() -> { 
   task.setState(State.SCHEDULED); 
   task.setState(State.RUNNING); 
  }); 
  try { 
   final V result = task.call(); 
   if (!task.isCancelled()) { 
    task.runLater(() -> { 
     task.updateValue(result); 
     task.setState(State.SUCCEEDED); 
    }); 
    return result; 
   } else { 
    return null; 
   } 
  } catch (final Throwable th) { 
   task.runLater(() -> { 
    task._setException(th); 
    task.setState(State.FAILED); 
   }); 
   if (th instanceof Exception) { 
    throw (Exception) th; 
   } else { 
    throw new Exception(th); 
   } 
  } 
 } 
} 

從TaskCallable類的源代碼可以看出，只定義了一個Task類型的成員變量。下面主要分析TaskCallable類的call()方法。

當程序的執行進入到call()方法時，首先將task對象的started屬性設置為true，表示任務已經開始，并且將任務的狀態依次設置為State.SCHEDULED和State.RUNNING，依次觸發任務的調度事件和運行事件。如下所示。

task.started = true; 
task.runLater(() -> { 
 task.setState(State.SCHEDULED); 
 task.setState(State.RUNNING); 
}); 

接下來，在try代碼塊中執行Task對象的call()方法，返回泛型對象。如果任務沒有被取消，則更新任務的緩存，將調用call()方法返回的泛型對象綁定到Task對象中的ObjectProperty對象中，其中，ObjectProperty在Task類中的定義如下。

private final ObjectProperty value = new SimpleObjectProperty<>(this, "value"); 

接下來，將任務的狀態設置為成功狀態。如下所示。

try { 
 final V result = task.call(); 
 if (!task.isCancelled()) { 
  task.runLater(() -> { 
   task.updateValue(result); 
   task.setState(State.SUCCEEDED); 
  }); 
  return result; 
 } else { 
  return null; 
 } 
} 

如果程序拋出了異常或者錯誤，會進入catch()代碼塊，設置Task對象的Exception信息并將狀態設置為State.FAILED，也就是將任務標記為失敗。接下來，判斷異常或錯誤的類型，如果是Exception類型的異常，則直接強轉為Exception類型的異常并拋出。否則，將異常或者錯誤封裝為Exception對象并拋出，如下所示。

catch (final Throwable th) { 
 task.runLater(() -> { 
  task._setException(th); 
  task.setState(State.FAILED); 
 }); 
 if (th instanceof Exception) { 
  throw (Exception) th; 
 } else { 
  throw new Exception(th); 
 } 
} 

好了，今天就到這兒吧，大家學會了嗎?我是冰河，我們下期見~~

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