【源码分析】FutureTask超详细的源码分析

介绍：
FutureTask是一个可取消的异步计算。
    1.通过get方法异步的获取任务执行结果
    2.通过cancel方法来尝试取消正在执行的任务
    3.通过get方法来捕获线程内部执行任务时抛出的异常

    那么，大家是否知道上述这些方法的底层呢，为什么get方法能获取到任务的结果？cancel方法是怎么样取消任务的？通过get方法为什么能捕获到内部线程执行任务时抛出的异常，是怎么样实现的？

接下来让我们带着问题在源码中寻找答案。

            ！！！嘎嘎详细，看完后保证你会豁然开朗！！！

1.FutureTask的类图

首先，我们看一下FutureTask的类图

FutureTask实现了RunnableFuture接口。
    Runnable接口：这意味着它既可以作为一个任务提交给线程执行
    Future接口：这意味着它可以用来获取异步计算的结果

2.源码解析

2.1 构造函数

我们先从构造函数入手

FutureTask支持两种传参
    1.第一种传递一个Callable，Callable接口定义了一个可以返回值或抛出异常的操作。
    2.第二种传递了一个Runnable和result，进入到底层可以看到，最终Runnable和result都被封装成了Callable。如下：

    经过构造函数后，我们的任务已经被保存到成员变量中了，并且FutureTask的状态被初始化为NEW（新建状态）。

2.2 内部的run方法

我们在构建了一个FutureTask后，第二步就是将它扔到线程池中去执行了。

上述的类图可以看到FutureTask继承了Runnable接口，那么当FutureTask在线程中执行时，那就是执行它的run方法了。接下来让我们就进入到它的run方法中。

    标签1：这里执行了我们的任务，并返回了结果
    标签2：这里的set方法，传参是result结果，那这里面一定就是处理返回结果的地方了。（后面会详细讲解这个方法）
    标签3：执行任务中出现的异常被setException方法给处理了，我们知道FutureTask的get方法是能够捕获并抛出内部线程执行中的异常的，那么，关于get方法捕获内部线程抛出的异常的奥秘，就一定在这个setException方法里面了。

进入到set方法和setException方法中：

    这两方法的逻辑相同，都是先将我们任务的状态由新建改成了完成中
    并且将result或者异常对象都放到了成员变量outcome（这个名字一听就是到时候会返回的东西了）
    
    这里只是将异常放到了outcome变量中啊，并没有抛出去。
    没错，这里只是暂存到outcome中呢，那我这里就先给大家解开疑惑。（后面还会讲解report方法的）

    这里能看到，在最后获取结果的逻辑中，我们的任务执行中的异常被封装到了ExecutionException中并抛了出去，因此用户可以通过get方法中抛出的ExecutionException异常来拿到内部线程执行任务中抛出的异常。

2.3 get方法

当我们执行了任务后，会通过FutureTask的get方法来获取返回结果
我们进入到get方法中，看看get方法做了什么操作。

这里首先介绍一下任务的状态（方便后续阅读），任务状态一共有7种。

NEW： 表示任务刚被创建，还未开始执行。
COMPLETING： 任务已经执行完成，但结果或异常还未设置到相应的字段中。
NORMAL： 任务正常完成，并且结果已经成功设置。
EXCEPTIONAL： 任务执行过程中抛出了异常，异常已经设置到相应字段。
CANCELLED： 任务被取消。
INTERRUPTING： 任务正在被中断处理过程中。
INTERRUPTED： 任务已经被中断完成。

进入到get方法中

    方法1：阻塞等待获取结果
    方法2：非阻塞，超时了会抛异常

2.4 awaitDone方法

在get方法中，可以看到，当任务的状态小于COMPLETING时（也就是任务处于新建状态时），都会进入到awaitDone方法中。

    awaitDone方法内部有一个for循环
我们逐行解析内部的逻辑

标签1：

    这里会判断线程是否中断（这个线程不是执行任务的线程，执行任务的线程会保存在成员变量runner中。这里的线程是执行FutureTask的方法的线程），当检测到线程被中断就会抛出异常。

标签2：

    判断了线程的状态是否已完成，完成了就会返回状态值

标签3：

    如果任务处于完成中的状态，就暂时释放当前cpu的资源
为什么要释放呢？
    因为你的任务已完成，但是可能还需要等1秒中才出结果，那么你就不要一直在for循环中循环查询结果浪费cpu资源了，请暂时把cpu资源给更重要的任务吧，等下次cpu时间片资源分配给你的时候，你再返回结果也不迟。

标签4：

    节点如果为空，就创建一个新的节点，为后续的入队做准备。

标签5：

    判断节点入队了没，发现节点没入队，就给标签4创建的节点入队（入队操作其实就是将这个节点给放到链表的头位置）

标签6：

get方法设置了超时时间。
    已超时：直接返回状态值
    未超时：挂起到超时的时间点（中途如果任务执行结束了，就请唤醒我，就会返回状态值了。不然等到我挂起到超时时间点了，会自动唤醒，也会返回状态值）

标签7：

    直接挂起当前线程了，免得浪费cpu资源，等结果出来了在唤醒我吧，不然我就一直挂起了（这里就是get方法就会一直阻塞的原因）

至此，awaitDone方法的逻辑就走完了。

2.5 cancel方法

在这里先介绍一下cancel方法

可以看到，在cancel方法中中断了任务执行的线程。
    注意：这里只是给线程打上了一个中断的标记，具体任务执行是否结束，需要大家自己在任务里面添加响应中断的逻辑。（如果不添加任何判断中断的逻辑，那么cancel方法其实是没有任何效果的）

    最后会执行finishCompletion方法：这个方法会将队列中的节点挂起的线程全部唤醒（别挂起了，快检查一下自己的任务执行完了没！！！），后续会细讲。

2.6 set方法

在上述awaitDone方法的标签6和标签7中，我们看到线程被挂起了，那么什么时候会被唤醒呢？

    在上一步的cancel方法中，就会唤醒，奥秘就在finishCompletion方法中。
    但是，除了cancel方法，还有一个关键的方法会执行唤醒操作，这个地方就是正常执行完并出结果的方法了。

这个run方法在上面已经介绍过了，接下来我们进入到这个set方法中详细看一下。

可以看到，这里也执行了finishCompletion方法！！！

2.7 finishCompletion方法

让我们进入到finishCompletion方法中一探究竟。

    这里可以看到，将等待队列中的节点，通过for循环一个一个拿到，并将对应的线程唤醒了（别挂起了！！！结果出来了！！！）。
至此就和上面的awaitDone方法的标签6和标签7对应上了。

2.8 report方法

最后进入到report方法中了，来看一下最后的一步。


    正常返回：将结果直接返回
    被取消：抛出一个取消异常
    异常返回：将异常对象封装到ExecutionException异常里面抛出

至此，我们的结果也就返回了。

2.9 回顾

最后让我们来回顾最开始的疑问：

1.为什么get方法能获取到任务的结果？

在FutureTask的awaitDone方法中会循环获取任务的执行状态，当发现任务的状态已完成时，就会将结果进行处理后返回。


2.cancel方法是怎么样尝试取消任务的？

在cancel时，会将执行任务的线程打上中断的标记，这里需要用户在任务中添加响应中断的逻辑，否则执行cancel方法时没有任务效果的。


3.通过get方法为什么能捕获到内部线程执行任务时抛出的异常，是怎么样实现的？

在FutureTask的run方法中，执行的时候会通过try catch捕获到内部线程执行的异常，并将异常信息赋值到成员变量outcome中，最后将outcome强转成异常封装到ExecutionException中返回。