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多线程系列(十九) -Future使用详解

时间:2024-03-14 11:00:57浏览次数:20  
标签:异步 多线程 接口 任务 详解 线程 执行 Future

一、摘要

在前几篇线程系列文章中,我们介绍了线程池的相关技术,任务执行类只需要实现Runnable接口,然后交给线程池,就可以轻松的实现异步执行多个任务的目标,提升程序的执行效率,比如如下异步执行任务下载。

// 创建一个线程池
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
// 提交任务
executor.submit(new Runnable() {

    @Override
    public void run() {
        // 执行下载某文件任务
        System.out.println("执行下载某文件任务");
    }
});

而实际上Runnable接口并不能满足所有的需求,比如有些场景下,我们想要获取任务执行的返回结果,Runnable接口因为无返回值,只能想办法通过额外的方式来写入和读取,操作起来十分不便。

因此,从 JDK 1.5 开始,Java 标准库提供了一个Callable接口,与Runnable接口相比,它的方法上多了一个返回值;同时Callable是一个泛型接口,可以返回指定类型的结果,比如如下的实现类!

public class Task implements Callable<String> {

    @Override
    public String call() throws Exception {
        // 执行下载某文件任务
        System.out.println("执行下载某文件任务");
        return "xxx";
    }
}

问题来了,如何获取异步执行的结果呢?

在 JDK 1.5 中,Java 标准库还提供了一个Future接口,它可以用来获取异步执行的结果。

下面我们一起来了解一下这个Future接口!

二、Future

Future接口,表示一个可能还没有完成异步任务的结果,它提供了检查任务是否已完成、以及等待任务完成并获取结果等方法。

如果看过ExecutorService.submit()方法,会发现它的返回参数都是Future类型,Future类型的实例可以用来获取异步任务执行的结果。

下面我们先来看一个简单的示例,以便于更好的理解!

public class Task implements Callable<String> {
    
    @Override
    public String call() throws Exception {
        // 执行下载某文件任务,并返回文件名称
        System.out.println("thread name:" +  Thread.currentThread().getName() + " 开始执行下载任务");
        return "xxx.png";
    }
}
public class FutureTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建一个线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
        // 初始化一个任务
        Callable<String> task = new Task();
        // 提交任务并获得Future的实例
        Future<String> future = executor.submit(task);
        // 从Future获取异步执行返回的结果(可能会阻塞等待结果)
        String result =future.get();
        System.out.println("任务执行结果:" +  result);

        // 任务执行完毕之后,关闭线程池(可选)
        executor.shutdown();
    }
}

输出结果如下:

thread name:pool-1-thread-1 开始执行下载任务
任务执行结果:xxx.png

从以上的示例可以清晰的看到,当需要获取异步线程的执行结果返回值时,通常需要搭配使用FutureCallable接口来实现,大体可以用如下步骤来概括:

  • 1.首先提交一个实现Callable接口的任务到线程池中
  • 2.然后获取一个Future类型的对象
  • 3.最后在主线程中调用Future对象的get()方法,如果异步任务执行完成,就可以直接获得结果;如果异步任务执行没有完成,get()方法会阻塞,直到任务执行完成后才能获取结果

分析源码你会发现,Callable接口主要用途是定义一个支持返回结果的方法;重点实现主要集中在Future接口上。

下面我们重点来看下Future接口方法!

2.1、Future 接口方法

方法 描述
get() 获取结果(会阻塞等待)
get(long timeout, TimeUnit unit) 在指定的时间内获取结果,如果超时,会抛异常并退出等待状态
cancel(boolean mayInterruptIfRunning) 尝试取消当前任务,当传入参数为true时,表示尝试中断任务的执行,false表示不中断,继续执行直到完成,如果取消成功,返回true;反之false
isCancelled() 判断任务是否已取消
isDone() 判断任务是否已完成

2.2、Future 接口实现类

Future本质其实是一个接口,并不是具体的实现类,真正负责工作的还是它的实现类来完成。

我们还是以上文的线程池ExecutorService.submit()方法为例,看看它用的是哪种实现类!

分析一下源码,会发现线程池用的实现类是FutureTask,关键核心源码如下:

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

FutureTask类是一个实现了Future接口所有功能的具体类,可直接使用它来实现获取异步任务执行的结果值。

FutureTask的工作原理其实也并不复杂,它接受一个Callable或者Runnable对象作为参数,然后在线程池执行器中执行该任务,最后通过get()方法可以同步等待获取任务的执行结果。

真正起到关键作用的是,在FutureTask内部,封装了一个状态变量,用于记录任务的状态(等待、运行、完成、取消等),以及任务执行结果或异常信息,通过该状态变量,我们可以判断任务是否已完成、以及获取任务的执行结果等信息。

因为FutureTask也实现了Runnable接口,因此我们也可以将FutureTask作为任务,提交给线程池执行器。

具体示例如下:

public class FutureTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1.创建一个线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
        // 2.初始化一个任务
        Callable<String> callable = new Task();
        // 3.创建FutureTask对象
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callable);
        // 4.提交任务给执行器执行
        executor.execute(futureTask);
        // 5.获取任务的执行结果
        String result = futureTask.get(3, TimeUnit.SECONDS);
        System.out.println("任务执行结果:" +  result);
        // 6.关闭线程池(可选)
        executor.shutdown();
    }
}

输出结果同上!

如果想尝试取消任务的执行,也可以通过如下方式来实现!

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

除此之外,如果仔细的分析Future接口的类关系,会发现它的实现类非常的多,FutureTask只是它的一个基础实现类而已,部分类关系图如下!

其它常用实现类简介:

  • CompletableFuture:支持传入回调对象,当异步任务完成或者发生异常时,自动调用回调对象的回调方法
  • ForkJoinTask:支持把一个大任务拆成多个小任务,然后并行执行,在多核 CPU 上可以显著提升程序的执行效率
  • ScheduledFuture:支持周期性定时的执行任务,其中ScheduledFutureTask是一个私有类,只能通过ScheduledThreadPoolExecutor初始化操作

关于CompletableFutureForkJoinTaskScheduledFuture,我们会在后面的文章中,再次单独介绍具体的用法。

三、小结

本文主要围绕Future接口用法做了一次简单的知识总结,其中FutureTask类是Future接口中一个非常重要的实现类,通过它可以获取异步任务执行的返回值,通常用于异步计算带有返回值的任务。

限于篇幅的原因,本文没有对FutureTask做过深入的原理讲解,主要围绕具体用法进行介绍,有兴趣的朋友可以阅读这篇文章《Java的Future机制详解》,以便更清晰的了解它的实现原理。

如果有描述不对的地方,欢迎留言指出,共同进步!

四、参考

1.https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1252599548343744/1306581155184674

2.https://www.cnblogs.com/xrq730/p/4872722.html

3.https://juejin.cn/post/7231074060787908663

4.https://zhuanlan.zhihu.com/p/54459770

标签:异步,多线程,接口,任务,详解,线程,执行,Future
From: https://www.cnblogs.com/dxflqm/p/18072381

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