三分鐘帶你搞懂 Future 玩法

作者：了不起 2024-01-16 07:46:14

本文主要圍繞Future?接口用法做了一次簡(jiǎn)單的知識(shí)總結(jié)，其中FutureTask?類(lèi)是Future接口中一個(gè)非常重要的實(shí)現(xiàn)類(lèi)，通過(guò)它可以獲取異步任務(wù)執(zhí)行的返回值，通常用于異步計(jì)算帶有返回值的任務(wù)。

一、摘要

在前幾篇線程系列文章中，我們介紹了線程池的相關(guān)技術(shù)，任務(wù)執(zhí)行類(lèi)只需要實(shí)現(xiàn)Runnable接口，然后交給線程池，就可以輕松的實(shí)現(xiàn)異步執(zhí)行多個(gè)任務(wù)的目標(biāo)，提升程序的執(zhí)行效率，比如如下異步執(zhí)行任務(wù)下載。

// 創(chuàng)建一個(gè)線程池
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
// 提交任務(wù)
executor.submit(new Runnable() {

    @Override
    public void run() {
        // 執(zhí)行下載某文件任務(wù)
        System.out.println("執(zhí)行下載某文件任務(wù)");
    }
});

而實(shí)際上Runnable接口并不能滿足所有的需求，比如有些場(chǎng)景下，我們想要獲取任務(wù)執(zhí)行的返回結(jié)果，Runnable接口因?yàn)闊o(wú)返回值，只能想辦法通過(guò)額外的方式來(lái)寫(xiě)入和讀取，操作起來(lái)十分不便。

因此，從 JDK 1.5 開(kāi)始，Java 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供了一個(gè)Callable接口，與Runnable接口相比，它的方法上多了一個(gè)返回值；同時(shí)Callable是一個(gè)泛型接口，可以返回指定類(lèi)型的結(jié)果，比如如下的實(shí)現(xiàn)類(lèi)！

public class Task implements Callable<String> {

    @Override
    public String call() throws Exception {
        // 執(zhí)行下載某文件任務(wù)
        System.out.println("執(zhí)行下載某文件任務(wù)");
        return "xxx";
    }
}

問(wèn)題來(lái)了，如何獲取異步執(zhí)行的結(jié)果呢？

在 JDK 1.5 中，Java 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)還提供了一個(gè)Future接口，它可以用來(lái)獲取異步執(zhí)行的結(jié)果。

下面我們一起來(lái)了解一下這個(gè)Future接口！

二、Future

Future接口，表示一個(gè)可能還沒(méi)有完成異步任務(wù)的結(jié)果，它提供了檢查任務(wù)是否已完成、以及等待任務(wù)完成并獲取結(jié)果等方法。

如果看過(guò)ExecutorService.submit()方法，會(huì)發(fā)現(xiàn)它的返回參數(shù)都是Future類(lèi)型，F(xiàn)uture類(lèi)型的實(shí)例可以用來(lái)獲取異步任務(wù)執(zhí)行的結(jié)果。

下面我們先來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，以便于更好的理解！

public class Task implements Callable<String> {
    
    @Override
    public String call() throws Exception {
        // 執(zhí)行下載某文件任務(wù)，并返回文件名稱
        System.out.println("thread name:" +  Thread.currentThread().getName() + " 開(kāi)始執(zhí)行下載任務(wù)");
        return "xxx.png";
    }
}

public class FutureTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 創(chuàng)建一個(gè)線程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
        // 初始化一個(gè)任務(wù)
        Callable<String> task = new Task();
        // 提交任務(wù)并獲得Future的實(shí)例
        Future<String> future = executor.submit(task);
        // 從Future獲取異步執(zhí)行返回的結(jié)果(可能會(huì)阻塞等待結(jié)果)
        String result =future.get();
        System.out.println("任務(wù)執(zhí)行結(jié)果：" +  result);

        // 任務(wù)執(zhí)行完畢之后，關(guān)閉線程池（可選）
        executor.shutdown();
    }
}

輸出結(jié)果如下：

thread name:pool-1-thread-1 開(kāi)始執(zhí)行下載任務(wù)
任務(wù)執(zhí)行結(jié)果：xxx.png

從以上的示例可以清晰的看到，當(dāng)需要獲取異步線程的執(zhí)行結(jié)果返回值時(shí)，通常需要搭配使用Future和Callable接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，大體可以用如下步驟來(lái)概括：

首先提交一個(gè)實(shí)現(xiàn)Callable接口的任務(wù)到線程池中
然后獲取一個(gè)Future類(lèi)型的對(duì)象
最后在主線程中調(diào)用Future對(duì)象的get()方法，如果異步任務(wù)執(zhí)行完成，就可以直接獲得結(jié)果；如果異步任務(wù)執(zhí)行沒(méi)有完成，get()方法會(huì)阻塞，直到任務(wù)執(zhí)行完成后才能獲取結(jié)果

分析源碼你會(huì)發(fā)現(xiàn)，Callable接口主要用途是定義一個(gè)支持返回結(jié)果的方法；重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)主要集中在Future接口上。

下面我們重點(diǎn)來(lái)看下Future接口方法！

2.1、Future 接口方法

方法	描述
`get()`	獲取結(jié)果（會(huì)阻塞等待）
`get(long timeout, TimeUnit unit)`	在指定的時(shí)間內(nèi)獲取結(jié)果，如果超時(shí)，會(huì)拋異常并退出等待狀態(tài)
`cancel(boolean mayInterruptIfRunning)`	嘗試取消當(dāng)前任務(wù)，當(dāng)傳入?yún)?shù)為`true`時(shí)，表示嘗試中斷任務(wù)的執(zhí)行，`false`表示不中斷，繼續(xù)執(zhí)行直到完成，如果取消成功，返回`true`；反之`false`
`isCancelled()`	判斷任務(wù)是否已取消
`isDone()`	判斷任務(wù)是否已完成

2.2、Future 接口實(shí)現(xiàn)類(lèi)

Future本質(zhì)其實(shí)是一個(gè)接口，并不是具體的實(shí)現(xiàn)類(lèi)，真正負(fù)責(zé)工作的還是它的實(shí)現(xiàn)類(lèi)來(lái)完成。

我們還是以上文的線程池ExecutorService.submit()方法為例，看看它用的是哪種實(shí)現(xiàn)類(lèi)！

分析一下源碼，會(huì)發(fā)現(xiàn)線程池用的實(shí)現(xiàn)類(lèi)是FutureTask，關(guān)鍵核心源碼如下：

protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
    return new FutureTask<T>(callable);
}

FutureTask類(lèi)是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了Future接口所有功能的具體類(lèi)，可直接使用它來(lái)實(shí)現(xiàn)獲取異步任務(wù)執(zhí)行的結(jié)果值。

FutureTask的工作原理其實(shí)也并不復(fù)雜，它接受一個(gè)Callable或者Runnable對(duì)象作為參數(shù)，然后在線程池執(zhí)行器中執(zhí)行該任務(wù)，最后通過(guò)get()方法可以同步等待獲取任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。

真正起到關(guān)鍵作用的是，在FutureTask內(nèi)部，封裝了一個(gè)狀態(tài)變量，用于記錄任務(wù)的狀態(tài)（等待、運(yùn)行、完成、取消等），以及任務(wù)執(zhí)行結(jié)果或異常信息，通過(guò)該狀態(tài)變量，我們可以判斷任務(wù)是否已完成、以及獲取任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果等信息。

因?yàn)镕utureTask也實(shí)現(xiàn)了Runnable接口，因此我們也可以將FutureTask作為任務(wù)，提交給線程池執(zhí)行器。

具體示例如下：

public class FutureTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1.創(chuàng)建一個(gè)線程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
        // 2.初始化一個(gè)任務(wù)
        Callable<String> callable = new Task();
        // 3.創(chuàng)建FutureTask對(duì)象
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callable);
        // 4.提交任務(wù)給執(zhí)行器執(zhí)行
        executor.execute(futureTask);
        // 5.獲取任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果
        String result = futureTask.get(3, TimeUnit.SECONDS);
        System.out.println("任務(wù)執(zhí)行結(jié)果：" +  result);
        // 6.關(guān)閉線程池（可選）
        executor.shutdown();
    }
}

輸出結(jié)果同上！

如果想嘗試取消任務(wù)的執(zhí)行，也可以通過(guò)如下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)！

boolean isSuccess = futureTask.cancel(true);
System.out.println("任務(wù)是否取消成功：" +  isSuccess);

除此之外，如果仔細(xì)的分析Future接口的類(lèi)關(guān)系，會(huì)發(fā)現(xiàn)它的實(shí)現(xiàn)類(lèi)非常的多，F(xiàn)utureTask只是它的一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)類(lèi)而已，部分類(lèi)關(guān)系圖如下！

圖片

其它常用實(shí)現(xiàn)類(lèi)簡(jiǎn)介：

CompletableFuture：支持傳入回調(diào)對(duì)象，當(dāng)異步任務(wù)完成或者發(fā)生異常時(shí)，自動(dòng)調(diào)用回調(diào)對(duì)象的回調(diào)方法
ForkJoinTask：支持把一個(gè)大任務(wù)拆成多個(gè)小任務(wù)，然后并行執(zhí)行，在多核 CPU 上可以顯著提升程序的執(zhí)行效率
ScheduledFuture：支持周期性定時(shí)的執(zhí)行任務(wù)，其中ScheduledFutureTask是一個(gè)私有類(lèi)，只能通過(guò)ScheduledThreadPoolExecutor初始化操作

關(guān)于CompletableFuture、ForkJoinTask和ScheduledFuture，我們會(huì)在后面的文章中，再次單獨(dú)介紹具體的用法。

三、小結(jié)

本文主要圍繞Future接口用法做了一次簡(jiǎn)單的知識(shí)總結(jié)，其中FutureTask類(lèi)是Future接口中一個(gè)非常重要的實(shí)現(xiàn)類(lèi)，通過(guò)它可以獲取異步任務(wù)執(zhí)行的返回值，通常用于異步計(jì)算帶有返回值的任務(wù)。

限于篇幅的原因，本文沒(méi)有對(duì)FutureTask做過(guò)深入的原理講解，主要圍繞具體用法進(jìn)行介紹，有興趣的朋友可以閱讀這篇文章《Java的Future機(jī)制詳解》，以便更清晰的了解它的實(shí)現(xiàn)原理。

如果有描述不對(duì)的地方，歡迎留言指出，共同進(jìn)步！