摘要:从源码角度深入解析Callable接口,希望大家踏下心来,打开你的IDE,跟着文章看源码,相信你一定收获不小。
本文分享自华为云社区《一个Callable接口能有多少知识点?》,作者: 冰 河。
并发编程一直是程序员们比较头疼的,如何编写正确的并发程序相比其他程序来说,是一件比较困难的事情,并发编程中出现的 Bug 往往也是特别诡异的。
之所以说并发编程出现的 Bug 比较诡异,是因为在并发编程中,很多时候出现的 Bug 不一定能完美的复现出来,也就是说,并发编程的 Bug 是很难重现,很难追踪的。
Callable接口介绍
Callable接口是JDK1.5新增的泛型接口,在JDK1.8中,被声明为函数式接口,如下所示。
@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
V call() throws Exception;
}
在JDK 1.8中只声明有一个方法的接口为函数式接口,函数式接口可以使用@FunctionalInterface注解修饰,也可以不使用@FunctionalInterface注解修饰。只要一个接口中只包含有一个方法,那么,这个接口就是函数式接口。
在JDK中,实现Callable接口的子类如下图所示。
默认的子类层级关系图看不清,这里,可以通过IDEA右键Callable接口,选择“Layout”来指定Callable接口的实现类图的不同结构,如下所示。
这里,可以选择“Organic Layout”选项,选择后的Callable接口的子类的结构如下图所示。
在实现Callable接口的子类中,有几个比较重要的类,如下图所示。
分别是:Executors类中的静态内部类:PrivilegedCallable、PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader、RunnableAdapter和Task类下的TaskCallable。
Callable接口的实现类
接下来,分析的类主要有:PrivilegedCallable、PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader、RunnableAdapter和Task类下的TaskCallable。虽然这些类在实际工作中很少被直接用到,但是作为一名合格的开发工程师,设置是秃顶的资深专家来说,了解并掌握这些类的实现有助你进一步理解Callable接口,并提高专业技能(头发再掉一批,哇哈哈哈。。。)。
PrivilegedCallable
PrivilegedCallable类是Callable接口的一个特殊实现类,它表明Callable对象有某种特权来访问系统的某种资源,PrivilegedCallable类的源代码如下所示。
/**
* 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();
}
}
}
从PrivilegedCallable类的源代码来看,可以将PrivilegedCallable看成是对Callable接口的封装,并且这个类也继承了Callable接口。
在PrivilegedCallable类中有两个成员变量,分别是Callable接口的实例对象和AccessControlContext类的实例对象,如下所示。
private final Callable<T> task;
private final AccessControlContext acc;
其中,AccessControlContext类可以理解为一个具有系统资源访问决策的上下文类,通过这个类可以访问系统的特定资源。通过类的构造方法可以看出,在实例化AccessControlContext类的对象时,只需要传递Callable接口子类的对象即可,如下所示。
PrivilegedCallable(Callable<T> task) {
this.task = task;
this.acc = AccessController.getContext();
}
AccessControlContext类的对象是通过AccessController类的getContext()方法获取的,这里,查看AccessController类的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();
}
}
通过AccessController的getContext()方法可以看出,首先通过getStackAccessControlContext()方法来获取AccessControlContext对象实例。如果获取的AccessControlContext对象实例为空,则通过调用AccessControlContext类的构造方法实例化,否则,调用AccessControlContext对象实例的optimize()方法返回AccessControlContext对象实例。
这里,我们先看下getStackAccessControlContext()方法是个什么鬼。
private static native AccessControlContext getStackAccessControlContext();
原来是个本地方法,方法的字面意思就是获取能够访问系统栈的决策上下文对象。
接下来,我们回到PrivilegedCallable类的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();
}
}
通过调用AccessController.doPrivileged()方法,传递PrivilegedExceptionAction。接口对象和AccessControlContext对象,并最终返回泛型的实例对象。
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,又是一个本地方法。也就是说,最终的执行情况是将PrivilegedExceptionAction接口对象和AccessControlContext对象实例传递给这个本地方法执行。并且在PrivilegedExceptionAction接口对象的run()方法中调用Callable接口的call()方法来执行最终的业务逻辑,并且返回泛型对象。
PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader
此类表示为在已经建立的特定访问控制和当前的类加载器下运行的Callable类,源代码如下所示。
/**
* 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();
}
}
}
这个类理解起来比较简单,首先,在类中定义了三个成员变量,如下所示。
private final Callable<T> task;
private final AccessControlContext acc;
private final ClassLoader ccl;
接下来,通过构造方法注入Callable对象,在构造方法中,首先获取系统安全管理器对象实例,通过系统安全管理器对象实例检查是否具有获取ClassLoader和设置ContextClassLoader的权限。并在构造方法中为三个成员变量赋值,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();
}
接下来,通过调用call()方法来执行具体的业务逻辑,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()方法中同样是通过调用AccessController类的本地方法doPrivileged,传递PrivilegedExceptionAction接口的实例对象和AccessControlContext类的对象实例。
具体执行逻辑为:在PrivilegedExceptionAction对象的run()方法中获取当前线程的ContextClassLoader对象,如果在构造方法中获取的ClassLoader对象与此处的ContextClassLoader对象是同一个对象(不止对象实例相同,而且内存地址也相同),则直接调用Callable对象的call()方法返回结果。否则,将PrivilegedExceptionAction对象的run()方法中的当前线程的ContextClassLoader设置为在构造方法中获取的类加载器对象,接下来,再调用Callable对象的call()方法返回结果。最终将当前线程的ContextClassLoader重置为之前的ContextClassLoader。
RunnableAdapter
RunnableAdapter类比较简单,给定运行的任务和结果,运行给定的任务并返回给定的结果,源代码如下所示。
/**
* 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类是javafx.concurrent.Task类的静态内部类,TaskCallable类主要是实现了Callable接口并且被定义为FutureTask的类,并且在这个类中允许我们拦截call()方法来更新task任务的状态。源代码如下所示。
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);
}
}
}
}
从TaskCallable类的源代码可以看出,只定义了一个Task类型的成员变量。下面主要分析TaskCallable类的call()方法。
当程序的执行进入到call()方法时,首先将task对象的started属性设置为true,表示任务已经开始,并且将任务的状态依次设置为State.SCHEDULED和State.RUNNING,依次触发任务的调度事件和运行事件。如下所示。
task.started = true;
task.runLater(() -> {
task.setState(State.SCHEDULED);
task.setState(State.RUNNING);
});
接下来,在try代码块中执行Task对象的call()方法,返回泛型对象。如果任务没有被取消,则更新任务的缓存,将调用call()方法返回的泛型对象绑定到Task对象中的ObjectProperty对象中,其中,ObjectProperty在Task类中的定义如下。
private final ObjectProperty<V> value = new SimpleObjectProperty<>(this, "value");
接下来,将任务的状态设置为成功状态。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;
}
}
如果程序抛出了异常或者错误,会进入catch()代码块,设置Task对象的Exception信息并将状态设置为State.FAILED,也就是将任务标记为失败。接下来,判断异常或错误的类型,如果是Exception类型的异常,则直接强转为Exception类型的异常并抛出。否则,将异常或者错误封装为Exception对象并抛出,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);
}
}