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Java多线程之 FutureTask:带有返回值的函数定义和调用方式

时间:2021-10-08 10:40     来源/作者:郝伟博士

FutureTask 返回值的函数定义和调用

使用Runnable接口定义的任务是没有返回值的。很多时候,我们是有返回值的,为了解决这个问题,Java提供了Callable接口,可以返回指定类型的值。

但是这个接口本身是不具备执行能力的,所以Java中,还有一个FutureTask 类用于使用Callable接口定义带有返回值的任务。

使用示例

以下代码演示了定义和调用的整个过程。

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import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class FutureTaskDemo {
    public static void test2() throws Execution{
        // 基于 Lambda 的 Callable 接口,在new FutureTask中的Lambda表达式即是Callable接口的实现
        FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(() -> {
            int t = 0;
            for (int i = 0; i < 10; i++)
                t += i;
            return t;
        });
        
        // 使用Thread类执行task
        System.out.println("Start calling.");
        long t1 = System.nanoTime();
        new Thread(task).start();
        long result = task.get();
        long t2 = System.nanoTime();
        System.out.println("Finish calling.");
        System.out.printf("Result: %d, Time: %.3f ms.\n", result, (t2 - t1) / 1000000f);
    }
}  

执行后的输出:

Start calling.

Finish calling.

Result: 45, Time: 13.620 ms.

Java多线程 FutureTask用法及解析

1 FutureTask概念

FutureTask一个可取消的异步计算,FutureTask 实现了Future的基本方法,提空 start cancel 操作,可以查询计算是否已经完成,并且可以获取计算的结果。

结果只可以在计算完成之后获取,get方法会阻塞当计算没有完成的时候,一旦计算已经完成,那么计算就不能再次启动或是取消。

一个FutureTask 可以用来包装一个 Callable 或是一个runnable对象。因为FurtureTask实现了Runnable方法,所以一个 FutureTask可以提交(submit)给一个Excutor执行(excution).

2 FutureTask使用场景

FutureTask可用于异步获取执行结果或取消执行任务的场景。

通过传入Runnable或者Callable的任务给FutureTask,直接调用其run方法或者放入线程池执行,之后可以在外部通过FutureTask的get方法异步获取执行结果,因此,FutureTask非常适合用于耗时的计算,主线程可以在完成自己的任务后,再去获取结果。

另外,FutureTask还可以确保即使调用了多次run方法,它都只会执行一次Runnable或者Callable任务,或者通过cancel取消FutureTask的执行等。

2.1 FutureTask执行多任务计算的使用场景

利用FutureTask和ExecutorService,可以用多线程的方式提交计算任务,主线程继续执行其他任务,当主线程需要子线程的计算结果时,在异步获取子线程的执行结果。

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public class FutureTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        Task task = new Task();// 新建异步任务
        FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Integer>(task) {
            // 异步任务执行完成,回调
            @Override
            protected void done() {
                try {
                    System.out.println("future.done():" + get());
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (ExecutionException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };
        // 创建线程池(使用了预定义的配置)
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        executor.execute(future);
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
        // 可以取消异步任务
        // future.cancel(true);
        try {
            // 阻塞,等待异步任务执行完毕-获取异步任务的返回值
            System.out.println("future.get():" + future.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    // 异步任务
    static class Task implements Callable<Integer> {
        // 返回异步任务的执行结果
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            int i = 0;
            for (; i < 10; i++) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "_"
                            + i);
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            return i;
        }
    }
}

Java多线程之 FutureTask:带有返回值的函数定义和调用方式

2.2 FutureTask在高并发环境下确保任务只执行一次

在很多高并发的环境下,往往我们只需要某些任务只执行一次。这种使用情景FutureTask的特性恰能胜任。

举一个例子,假设有一个带key的连接池,当key存在时,即直接返回key对应的对象;当key不存在时,则创建连接。

对于这样的应用场景,通常采用的方法为使用一个Map对象来存储key和连接池对应的对应关系,典型的代码如下面所示:

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private Map<String, Connection> connectionPool = new HashMap<String, Connection>(); 
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();   
public Connection getConnection(String key){ 
    try
        lock.lock(); 
        if(connectionPool.containsKey(key)){ 
            return connectionPool.get(key); 
        
        else
            //创建 Connection 
            Connection conn = createConnection(); 
            connectionPool.put(key, conn); 
            return conn; 
        
    
    finally
        lock.unlock(); 
    
  
//创建Connection(根据业务需求,自定义Connection) 
private Connection createConnection(){ 
    return null

在上面的例子中,我们通过加锁确保高并发环境下的线程安全,也确保了connection只创建一次,然而确牺牲了性能。改用ConcurrentHash的情况下,几乎可以避免加锁的操作,性能大大提高,但是在高并发的情况下有可能出现Connection被创建多次的现象。

这时最需要解决的问题就是当key不存在时,创建Connection的动作能放在connectionPool之后执行,这正是FutureTask发挥作用的时机,基于ConcurrentHashMap和FutureTask的改造代码如下:

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private ConcurrentHashMap<String,FutureTask<Connection>>connectionPool = new ConcurrentHashMap<String, FutureTask<Connection>>(); 
  
public Connection getConnection(String key) throws Exception{ 
    FutureTask<Connection>connectionTask=connectionPool.get(key); 
    if(connectionTask!=null){ 
        return connectionTask.get(); 
    
    else
        Callable<Connection> callable = new Callable<Connection>(){ 
            @Override
            public Connection call() throws Exception { 
                // TODO Auto-generated method stub 
                return createConnection(); 
            
        }; 
        FutureTask<Connection>newTask = new FutureTask<Connection>(callable); 
        connectionTask = connectionPool.putIfAbsent(key, newTask); 
        if(connectionTask==null){ 
            connectionTask = newTask; 
            connectionTask.run(); 
        
        return connectionTask.get(); 
    
  
//创建Connection(根据业务需求,自定义Connection) 
private Connection createConnection(){ 
    return null

经过这样的改造,可以避免由于并发带来的多次创建连接及锁的出现。

3 部分源码分析

3.1 构造方法

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

3.2 cancel

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//这个方法有一个参数 是否中断running 
     public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) { 
          /**
          * 这个有点晕啊逻辑关系是
          * 等价与 if(state!=new || !UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED))
          * 这个意思是 如果state不是new 那么就退出方法,这时的任务任务坑是已经完成了 或是被取消了 或是被中断了
          * 如果是state 是new 就设置state 为中断状态 或是取消状态
          *
          **/
        if (!(state == NEW && 
              UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, 
                  mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED))) 
            return false
        try {    // in case call to interrupt throws exception 
            //如果是可中断 那么就 调用系统中断方法 然后把状态设置成INTERRUPTED 
            if (mayInterruptIfRunning) { 
                try
                    Thread t = runner; 
                    if (t != null
                        t.interrupt(); 
                } finally { // final state 
                    UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, INTERRUPTED); 
                
            
        } finally
            finishCompletion(); 
        
        return true
    

以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持服务器之家。

原文链接:https://haolaoshi.blog.csdn.net/article/details/96768403

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