Java多執行緒-Callable和Future

三不猴發表於2019-02-11
Java執行緒

Callable和Future出現的原因

建立執行緒的2種方式，一種是直接繼承Thread，另外一種就是實現Runnable介面。 這2種方式都有一個缺陷就是：在執行完任務之後無法獲取執行結果。 如果需要獲取執行結果，就必須通過共享變數或者使用執行緒通訊的方式來達到效果，這樣使用起來就比較麻煩。 自從Java 1.5開始，就提供了Callable和Future，通過它們可以在任務執行完畢之後得到任務執行結果。

Callable和Future介紹

Callable介面代表一段可以呼叫並返回結果的程式碼;Future介面表示非同步任務，是還沒有完成的任務給出的未來結果。所以說Callable用於產生結果，Future用於獲取結果。 Callable介面使用泛型去定義它的返回型別。Executors類提供了一些有用的方法線上程池中執行Callable內的任務。由於Callable任務是並行的（並行就是整體看上去是並行的，其實在某個時間點只有一個執行緒在執行），我們必須等待它返回的結果。 java.util.concurrent.Future物件為我們解決了這個問題。線上程池提交Callable任務後返回了一個Future物件，使用它可以知道Callable任務的狀態和得到Callable返回的執行結果。Future提供了get()方法讓我們可以等待Callable結束並獲取它的執行結果。

Callable與Runnable

java.lang.Runnable吧，它是一個介面，在它裡面只宣告瞭一個run()方法：

public interface Runnable {
    public abstract void run();
}
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 由於run()方法返回值為void型別，所以在執行完任務之後無法返回任何結果。

 Callable位於java.util.concurrent包下，它也是一個介面，在它裡面也只宣告瞭一個方法，只不過這個方法叫做call()：

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;
}
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這是一個泛型介面，call()函式返回的型別就是傳遞進來的V型別。

Callable的使用

一般情況下是配合ExecutorService來使用的，在ExecutorService介面中宣告瞭若干個submit方法的過載版本。

<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
Future<?> submit(Runnable task);
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第一個submit方法裡面的引數型別就是Callable。

暫時只需要知道Callable一般是和ExecutorService配合來使用的，具體的使用方法講在後面講述。

一般情況下我們使用第一個submit方法和第三個submit方法，第二個submit方法很少使用。

Future

Future就是對於具體的Runnable或者Callable任務的執行結果進行取消、查詢是否完成、獲取結果。必要時可以通過get方法獲取執行結果，該方法會阻塞直到任務返回結果。

Future類位於java.util.concurrent包下，它是一個介面：

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;
}
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在Future介面中宣告瞭5個方法，下面依次解釋每個方法的作用

  • cancel方法用來取消任務，如果取消任務成功則返回true，如果取消任務失敗則返回false。引數mayInterruptIfRunning表示是否允許取消正在執行卻沒有執行完畢的任務，如果設定true，則表示可以取消正在執行過程中的任務。如果任務已經完成，則無論mayInterruptIfRunning為true還是false，此方法肯定返回false，即如果取消已經完成的任務會返回false；如果任務正在執行，若mayInterruptIfRunning設定為true，則返回true，若mayInterruptIfRunning設定為false，則返回false；如果任務還沒有執行，則無論mayInterruptIfRunning為true還是false，肯定返回true。

  • isCancelled方法表示任務是否被取消成功，如果在任務正常完成前被取消成功，則返回 true。

  • isDone方法表示任務是否已經完成，若任務完成，則返回true；

  • get()方法用來獲取執行結果，這個方法會產生阻塞，會一直等到任務執行完畢才返回；

  • get(long timeout, TimeUnit unit)用來獲取執行結果，如果在指定時間內，還沒獲取到結果，就直接返回null。

Future提供了三種功能：
  1. 判斷任務是否完成；
  2. 能夠中斷任務；
  3. 能夠獲取任務執行結果。

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

FutureTask實現了RunnableFuture介面，這個介面的定義如下：
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {  
    void run();  
}
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可以看到這個介面實現了Runnable和Future介面，介面中的具體實現由FutureTask來實現。這個類的兩個構造方法如下 ：

public FutureTask(Callable<V> callable) {  
        if (callable == null)  
            throw new NullPointerException();  
        sync = new Sync(callable);  
    }  
    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {  
        sync = new Sync(Executors.callable(runnable, result));  
    }
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如上提供了兩個建構函式，一個以Callable為引數，另外一個以Runnable為引數。這些類之間的關聯對於任務建模的辦法非常靈活，允許你基於FutureTask的Runnable特性（因為它實現了Runnable介面），把任務寫成Callable，然後封裝進一個由執行者排程並在必要時可以取消的FutureTask。

FutureTask可以由執行者排程，這一點很關鍵。它對外提供的方法基本上就是Future和Runnable介面的組合：get()、cancel、isDone()、isCancelled()和run()，而run()方法通常都是由執行者呼叫，我們基本上不需要直接呼叫它。

FutureTask的例子
public class MyCallable implements Callable<String> {  
    private long waitTime;   
    public MyCallable(int timeInMillis){   
        this.waitTime=timeInMillis;  
    }  
    @Override  
    public String call() throws Exception {  
        Thread.sleep(waitTime);  
        //return the thread name executing this callable task  
        return Thread.currentThread().getName();  
    }  

}
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public class FutureTaskExample {  
     public static void main(String[] args) {  
        MyCallable callable1 = new MyCallable(1000);                       // 要執行的任務  
        MyCallable callable2 = new MyCallable(2000);  

        FutureTask<String> futureTask1 = new FutureTask<String>(callable1);// 將Callable寫的任務封裝到一個由執行者排程的FutureTask物件  
        FutureTask<String> futureTask2 = new FutureTask<String>(callable2);  

        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);        // 建立執行緒池並返回ExecutorService例項  
        executor.execute(futureTask1);  // 執行任務  
        executor.execute(futureTask2);    

        while (true) {  
            try {  
                if(futureTask1.isDone() && futureTask2.isDone()){//  兩個任務都完成  
                    System.out.println("Done");  
                    executor.shutdown();                          // 關閉執行緒池和服務   
                    return;  
                }  

                if(!futureTask1.isDone()){ // 任務1沒有完成，會等待，直到任務完成  
                    System.out.println("FutureTask1 output="+futureTask1.get());  
                }  

                System.out.println("Waiting for FutureTask2 to complete");  
                String s = futureTask2.get(200L, TimeUnit.MILLISECONDS);  
                if(s !=null){  
                    System.out.println("FutureTask2 output="+s);  
                }  
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }catch(TimeoutException e){  
                //do nothing  
            }  
        }  
    }  
}
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