搞懂Runnable Callable Future FutureTask 及應用

yes的練級手冊發表於2019-04-20

一般建立執行緒只有兩種方式,一種是繼承Thread,一種是實現Runnable介面。但是這兩種建立方式有一個致命的缺點就是沒有返回值,沒返回值就讓人很苦惱了啊。得用共享變數或者其他通訊方式才能得到執行緒處理完的結果,就有點麻煩。

還有一般不提倡使用繼承Thread來建立執行緒方式,因為Java只有單繼承,不能繼承多個。但是Runnable是介面,所以可以讓你的實現類同時實現多個介面。而且之後要上執行緒池,如果之前你是用Runnable來實現的,那就可以直接傳入Runnable給執行緒池進行管理了!

在Java1.5之後就有了Callable、Future。這二種可以提供執行緒執行完的結果!

接下來簡單介紹下Runnable、Callable 、Future、 FutureTask。

Runnable

Runnable 是一個介面,簡單就一個方法,實現run方法,在run方法裡面編寫你要執行的程式碼就行了,但是沒有任務返回介面,並且無法丟擲異常。

public interface Runnable {
    public abstract void run();
}
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簡單應用

    Runnable runnable =
        new Runnable() {
          @Override
          public void run() {
            System.out.println("2333");
          }
        };
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.start();
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Callable

Callable也是一個介面,很簡單就一個call方法,在call方法裡面編寫你要執行的程式碼就行了,返回的就是執行的結果了。和Runnable 差別就是它有返回的結果,並且可以丟擲異常!一般配合ThreadPoolExecutor使用的。

public interface Callable<V> {
   V call() throws Exception;
}
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簡單應用,它不能直接配合Thread 使用。

   Callable<String> callable =
        new Callable<String>() {
          @Override
          public String call() throws Exception {
            return "2333";
          }
        };
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
    Future<String> result = executor.submit(callable);
    System.out.println(result.get());
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Future

Future也是一個介面,它可以對具體的Runnable或者Callable任務進行取消、判斷任務是否已取消、查詢任務是否完成、獲取任務結果。如果是Runnable的話返回的結果是null(下面會剖析為什麼Runnable的任務,Future還能返回結果)。介面裡面有以下幾個方法。注意兩個get方法都會阻塞當前呼叫get的執行緒,直到返回結果或者超時才會喚醒當前的執行緒。

public interface Future<V> {
  boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);  // 取消任務
  boolean isCancelled();  // 判斷任務是否已取消  
  boolean isDone(); // 判斷任務是否已結束
  V get() throws InterruptedException, ExecutionException;// 獲得任務執行結果
  // 獲得任務執行結果,支援超時
  V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}
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簡單應用

    Callable<String> callable =
        new Callable<String>() {
          @Override
          public String call() throws Exception {
            return "2333";
          }
        };
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
    Future<String> result = executor.submit(callable);
    result.cancel(true);
    System.out.println(result.isCancelled());
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FutureTask

因為Future只是一個介面,所以是無法直接用來建立物件使用的,因此就有了下面的FutureTask。 FutureTask不是介面了,是個class。它實現了RunnableFuture介面 public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> 而RunnableFuture介面又繼承了Runnable和Future public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> 因此它可以作為Runnable被執行緒執行,又可以有Future的那些操作。它的兩個構造器如下

FutureTask(Callable<V> callable);
FutureTask(Runnable runnable, V result);
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簡單應用

FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(() -> "2333");
Thread T1 = new Thread(futureTask);
T1.start();
String result = futureTask.get();
System.out.println(result);
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執行緒池應用

一般情況我們在用多執行緒的時候都會上執行緒池,而且一般我們使用ThreadPoolExecutor來建立執行緒池,我的上篇文章已經講述了ThreadPoolExecutor,這裡再補充一下submit用法。

Future<?> submit(Runnable task); // 提交 Runnable 任務
<T> Future<T> submit(Callable<T> task); // 提交 Callable 任務
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result); // 提交 Runnable 任務及結果引用  
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也就是說如果我們需要返回任務的執行結果我們就得呼叫submit方法而不是execute。 submit也不神祕就是封裝了一下我們的任務再execute

    public Future<?> submit(Runnable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);  //轉成 RunnableFuture,傳的result是null
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

    public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
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newTaskFor方法是new了一個FutureTask返回。 所以三個方法其實都是把task轉成FutureTask,如果task是Callable,就直接賦值。如果是Runnable 就轉為Callable再賦值

task是Callable的情況

    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
        return new FutureTask<T>(callable);
    }
    public FutureTask(Callable<V> callable) {
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        this.callable = callable;
        this.state = NEW;      
    }
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task是Runnable 的情況

   // 按順序看,層層呼叫
    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
        return new FutureTask<T>(runnable, value);
    }
    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
        this.callable = Executors.callable(runnable, result);  //轉 runnable 為 callable 
        this.state = NEW; 
    }
   // 以下為Executors中的方法
    public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        return new RunnableAdapter<T>(task, result);
    }
    static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {  //介面卡
        final Runnable task;
        final T result;
        RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
            this.task = task;
            this.result = result;
        }
        public T call() {   
            task.run();
            return result;
        }
    }
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看了原始碼就揭開了神祕面紗了,就是因為Future需要返回結果,所以內部task必須是Callable,如果task是Runnable 我就造個假,偷天換日,在Runnable 外面包個Callable馬甲,返回的結果在構造時就寫好。

如果是呼叫Future<?> submit(Runnable task);提交任務,構造的時候就直接是RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);直接塞了個null。所以呼叫Future.get時,拿到的就是null。所以這樣有什麼用呢?就只用能來判斷任務已經執行完畢,就類似於Thread.join。

這還有個<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);你可能會奇怪這有啥用啊,你傳入一個result,Future.get的時候返回的不還是這個result嘛。是個沒錯,但是這樣用就行了!

class Task implements Runnable{  //定義task,傳入p
    Person p;
    Task(Person r){  // 通過建構函式傳入 p
      this.p = p;
    }
    void run() {
      r.setSex("男");      // 可以修改p
    }
  }
  Person p = new Person();
  p.setName("小明");
  ExecutorService executor  = Executors.newFixedThreadPool(1);
  Future<Result> future = executor.submit(new Task(p), p);  
  Person person = future.get();
  person.getSex();
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這樣就可以得到修改後的結果了!

總結

綜上所述,知道了Runnable 和Callable 的區別,Callable 可以獲得任務結果和丟擲異常,Runnable 沒結果沒異常丟擲。

Future可以很容易的獲得非同步執行的結果,並且對任務進行一些操控。並且get等待結果時會阻塞,所以當任務之間有依賴關係的時候,一個任務依賴另一個任務的結果,可以用Future的get來等待依賴的任務完成的結果。

FutureTask 就是具體的實現類,有Runnable 的特性又有Future的特性,內部包的是Callable ,當然也有接受Runnable 的構造器,只是會偷偷把Runnable 轉成Callable 來實現能返回結果的方法。


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