关于java:Future-Java

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摘要

  1. 什么是 Future
  2. 为什么须要 Future
  3. Java 中的 Future 模式
  4. 详解 FutureTask

1. 什么是 Future

Future 是多线程开发中常见的一种设计模式。Future 模式能够返回线程执行后果的契约，通过此契约程序能够抉择在适合的机会取回执行的后果，如果取回后果时线程还没有执行实现，将会阻塞调用线程期待执行后果返回。

2. 为什么须要 Future

在有些场景下，咱们想应用另一个线程去执行简单耗时的操作，此时又不想让主线程期待白白浪费 CPU，此时能够让主线程先去做别的事，而后在适合的机会去通过 Future 契约取回线程执行的后果。

3. Java 中的 Future 模式

Java 中的 Future 模式次要由以上接口和类组成。

3.1 Callable & Runnable

这是咱们一般的线程工作，其中 Callable 是带返回值（实在数据），Runnable 是不带返回值的，因而在咱们应用 Runnable 和 Future 时，必须传入一个 Result 对象，通过 Future 在获取后果时就是获取的该 Result，外围代码如下：

public FutureTask(Runnable runnable, V result) {this.callable = Executors.callable(runnable, result);
    this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
}

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> {
    final Runnable task;
    final T result;
    RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
        this.task = task;
        this.result = result;
    }
    public T call() {task.run();
        return result;
    }
}

Callable 目前只能搭配线程池或者 Future 来应用，不能间接和 new Thread() 搭配应用，Runnable 能够搭配线程池和 new Thread() 应用，在配合 Future 应用时实质上是对其进行了适配，也就是上述代码中的 RunnableAdapter。

3.2 Future

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;
}

Future 是线程的契约，通过其 get() 办法咱们能够获取线程执行的后果，当然 Future 也提供了其余三个办法，别离是：

  • cancel：勾销工作
  • isCancelled：工作是否曾经勾销
  • isDone：工作是否实现

3.3 RunnableFuture

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {void run();
}

RunnableFuture 接口继承自 Runnable 和 Future，表明 RunnableFuture 能够被线程执行并且能够通过契约获取到线程的执行后果。

4. FutureTask

4.1 属性 

// 执行工作
private Callable<V> callable;
// 工作的理论执行后果
private Object outcome; 
// 执行工作的线程
private volatile Thread runner;
// 期待后果的线程栈
private volatile WaitNode waiters;

4.2 状态 

private volatile int state;
private static final int NEW          = 0;
private static final int COMPLETING   = 1;
private static final int NORMAL       = 2;
private static final int EXCEPTIONAL  = 3;
private static final int CANCELLED    = 4;
private static final int INTERRUPTING = 5;
private static final int INTERRUPTED  = 6;

FutureTask 除了 4.1 中的属性外，还有一个重要的属性就是 state，FutureTask 中的状态大概有 7 种：

  • NEW：工作的初始状态
  • COMPLETING：正在设置工作后果
  • NORMAL：工作执行结束
  • EXCEPTIONAL：工作发行异样
  • CANCELLED：工作被勾销
  • INTERRUPTING：正在中断工作
  • INTERRUPTED：工作被中断

4.3 run() 办法

工作执行的时候理论就是执行 run 办法，源码如下：

public void run() {
    if (state != NEW ||
        !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                     null, Thread.currentThread()))
        return;
    try {
        Callable<V> c = callable;
        if (c != null && state == NEW) {
            V result;
            boolean ran;
            try {result = c.call();
                ran = true;
            } catch (Throwable ex) {
                result = null;
                ran = false;
                setException(ex);
            }
            if (ran)
                set(result);
        }
    } finally {
        // runner must be non-null until state is settled to
        // prevent concurrent calls to run()
        runner = null;
        // state must be re-read after nulling runner to prevent
        // leaked interrupts
        int s = state;
        if (s >= INTERRUPTING)
            handlePossibleCancellationInterrupt(s);
    }
}

protected void set(V v) {if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
        outcome = v;
        UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
        finishCompletion();}
}

private void handlePossibleCancellationInterrupt(int s) {
    // It is possible for our interrupter to stall before getting a
    // chance to interrupt us.  Let's spin-wait patiently.
    if (s == INTERRUPTING)
        while (state == INTERRUPTING)
            Thread.yield(); // wait out pending interrupt}

run 办法的大抵流程如下：

  1. 校验工作的状态是否是 NEW 和以后是否无执行线程，如果校验通过，则获取工作执行
  2. 调用工作的 call 办法
  3. 如果执行异样，设置后果，状态批改为 EXCEPTIONAL，并将工作后果设置为异样
  4. 如果失常执行，调用 set(V v) 设置后果，状态批改为 NORMAL，后果设置为执行后果，并且唤醒期待后果的线程
  5. 最初在 finally 块中，咱们将 runner 属性置为 null，并且查看有没有脱漏的中断，如果发现 s >= INTERRUPTING, 阐明执行工作的线程有可能被中断了，因为 s >= INTERRUPTING 只有两种可能，state 状态为 INTERRUPTING 和 INTERRUPTED。

4.3 get() 办法

当咱们须要去获取 FutureTask 的后果时，咱们须要调用 get 办法获取后果。


public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
    int s = state;
    if (s <= COMPLETING)
        s = awaitDone(false, 0L);
    return report(s);
}

@SuppressWarnings("unchecked")
private V report(int s) throws ExecutionException {
    Object x = outcome;
    if (s == NORMAL)
        return (V)x;
    if (s >= CANCELLED)
        throw new CancellationException();
    throw new ExecutionException((Throwable)x);
}

private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
    throws InterruptedException {final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
    WaitNode q = null;
    boolean queued = false;
    for (;;) {if (Thread.interrupted()) {removeWaiter(q);
            throw new InterruptedException();}

        int s = state;
        if (s > COMPLETING) {if (q != null)
                q.thread = null;
            return s;
        }
        else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
            Thread.yield();
        else if (q == null)
            q = new WaitNode();
        else if (!queued)
            queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
                                                 q.next = waiters, q);
        else if (timed) {nanos = deadline - System.nanoTime();
            if (nanos <= 0L) {removeWaiter(q);
                return state;
            }
            LockSupport.parkNanos(this, nanos);
        }
        else
            LockSupport.park(this);
    }
}

获取后果的大抵步骤如下：

  1. 检测工作状态是否是 NEW 或者 COMPLETING，如果不是，阐明曾经执行胜利或失败，返回后果
  2. 否则就阻塞期待，阻塞期待的步骤如下
  3. 检测以后线程是否被中断，如果是就将其从期待线程中移除
  4. 再次检测工作状态，如果是异样、中断或者执行实现状态，则间接返回后果。
  5. 如果工作是 COMPLETING 状态，阐明工作曾经执行实现正在设置后果，此时让获取后果的线程短暂让出 CPU 持续期待
  6. 如果期待后果的线程栈为 null，阐明还没有生成，则生成期待后果的线程栈
  7. 如果 queued 为 false，阐明期待后果的线程还没入栈，所以将其入栈
  8. 最初看是否是是超时期待，依据是否超时，抉择将期待后果的线程永恒挂起（期待唤醒）还是具备超时工夫的挂起

本期的 Java Future 就介绍到这，我是 shysh95，咱们下期再见!

正文完
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发表至： java
2021-05-15
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