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面試中如何答好:FutureTask

來源: 責(zé)編: 時(shí)間:2023-10-17 18:05:01 332觀看
導(dǎo)讀FutureTask是什么public interface Runnable { public abstract void run();}Student implements RunnableThread xiaoming = new Thread(new Student());xiaoming.start();我們知道Runnable是一個(gè)接口,它用來承載

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FutureTask是什么

public interface Runnable {    public abstract void run();}Student implements RunnableThread xiaoming = new Thread(new Student());xiaoming.start();

我們知道Runnable是一個(gè)接口,它用來承載的是具體的任務(wù),交給Thread執(zhí)行。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

有這樣一個(gè)場景:主線程執(zhí)行一個(gè)任務(wù)(理解為調(diào)用一個(gè)方法)需要獲取這個(gè)任務(wù)的返回值,然后再去執(zhí)行另一個(gè)任務(wù)獲取返回值,最后將兩個(gè)返回值做其他處理,一般情況下耗時(shí)為兩個(gè)任務(wù)的耗時(shí)和,如果想提高性能,可以用異步的方式,可以將任務(wù)一包裝為Runnable,交給子線程執(zhí)行,主線程執(zhí)行第二個(gè)任務(wù),這樣就節(jié)省了一部分耗時(shí),但是Runnable不支持返回值,所以行不通,而FutureTask就是解決這個(gè)問題的。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

FutureTask的類圖如下:Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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看圖可以知道兩個(gè)事:Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 實(shí)現(xiàn)了Runnable接口,所以FutureTask也是一個(gè)可以承載任務(wù)的任務(wù)類。
  • 實(shí)現(xiàn)了Future接口,F(xiàn)uture接口提供了任務(wù)操作和獲取返回值等方法,利用Future接口可以獲取任務(wù)執(zhí)行狀態(tài),取消任務(wù),獲取任務(wù)返回值等。

所以說FutureTask就是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了一套獲取返回值機(jī)制的任務(wù)體,請(qǐng)注意它依然是任務(wù)體,自身不能執(zhí)行任務(wù),依然需要借助Thread執(zhí)行。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

FutureTask應(yīng)用例子

Callable<Integer> callableTask = () -> {    // 一些耗時(shí)的計(jì)算    return 42;};FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callableTask);Thread thread = new Thread(futureTask);thread.start();try {    Integer result = futureTask.get(); // 阻塞直到任務(wù)完成并返回結(jié)果    System.out.println("任務(wù)結(jié)果:" + result);} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {    e.printStackTrace();}

上面就是使用案例,看起來寫法比較復(fù)雜,其實(shí)一旦理解就不復(fù)雜了,首先我們上面說了FutureTask實(shí)現(xiàn)了Runnable,所以它是任務(wù)體,任務(wù)體需要依賴Thread執(zhí)行,所以這里FutureTask和Runnable的寫法一樣都是作為Thread的入?yún)ⅰ?span style="display:none">Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

代碼中可以看到還有一個(gè)Callable類,這個(gè)其實(shí)也是任務(wù)體,它的源碼如下:Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

public interface Callable<V> {    V call() throws Exception;}

它是一個(gè)有返回值的任務(wù)體,但是它和Runnable不同,Runnable是和Thread綁定的官方任務(wù)體,而Callable只是為達(dá)到實(shí)現(xiàn)獲取任務(wù)返回值而衍生出來的一個(gè)任務(wù)體,它主要作為FutureTask類中的一個(gè)成員屬性,充當(dāng)真正被執(zhí)行的任務(wù)體。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

FutureTask源碼分析

先看下FutureTask主要的屬性和構(gòu)造方法:Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {    private volatile int state;    //等待執(zhí)行狀態(tài) 初始狀態(tài)    private static final int NEW          = 0;    //執(zhí)行完畢狀態(tài),但是結(jié)果還沒有填充到outcome    private static final int COMPLETING   = 1;    //返回值填充outcome 正常結(jié)束任務(wù)狀態(tài)    private static final int NORMAL       = 2;    //因異常而結(jié)束    private static final int EXCEPTIONAL  = 3;    //任務(wù)還未執(zhí)行之前就調(diào)用了cancel(true)方法    private static final int CANCELLED    = 4;    //中斷的中間狀態(tài)    private static final int INTERRUPTING = 5;    //中斷的狀態(tài)    private static final int INTERRUPTED  = 6;    private Callable<V> callable;    private Object outcome;     private volatile Thread runner;    private volatile WaitNode waiters;        static final class WaitNode {        volatile Thread thread;        volatile WaitNode next;        WaitNode() {         thread = Thread.currentThread();         }    }        protected void done() { }         public FutureTask(Callable<V> callable) {        if (callable == null)            throw new NullPointerException();        this.callable = callable;        this.state = NEW;           }    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {        this.callable = Executors.callable(runnable, result);        this.state = NEW;           }
  • state是狀態(tài),沒到一個(gè)階段都是不同的狀態(tài)。
  • outcome是存放返回值的,當(dāng)任務(wù)執(zhí)行完返回的值會(huì)賦值給outcome
  • callable是真正的任務(wù)體,run方法在運(yùn)行的時(shí)候?qū)嶋H上是運(yùn)行callable對(duì)象的call方法。
  • waiters是線程阻塞等待結(jié)果的時(shí)候存放的隊(duì)列,它的類型是WaitNode,WaitNode里面有一個(gè)next屬性,可見它是一個(gè)單向鏈表結(jié)構(gòu)。
  • runner是當(dāng)前正在執(zhí)行任務(wù)的線程。
  • done方法在FutureTask里面沒有具體實(shí)現(xiàn),它是任務(wù)處理完的一個(gè)后置方法,是留給子類用的。
  • 構(gòu)造方法一是接收一個(gè)Callable對(duì)象賦值給成員變量callable。- 構(gòu)造方法二是接收一個(gè)Runnable對(duì)象和一個(gè)result值,同樣是賦值給callable變量。
  • 構(gòu)造方法一很容易理解,構(gòu)造方法二則是接收一個(gè)Runnable任務(wù)體,但是Runnable沒有返回值,所以再接收一個(gè)result值作為默認(rèn)的返回值,也就是無論任務(wù)體的任務(wù)執(zhí)行的結(jié)果是什么,都以result值作為固定的返回值。
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;        }    }

構(gòu)造方法二中調(diào)用了Executors.callable()方法,這個(gè)方法就是將Runnable和result值封裝為RunnableAdapter對(duì)象,RunnableAdapter實(shí)現(xiàn)了Callable,所以它也是一個(gè)Callable對(duì)象,所以可以賦值給成員變量callable.Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

接下來按照應(yīng)用案例中的步驟跟一下源碼,構(gòu)造方法我們看了,接下來就是啟動(dòng)線程,啟動(dòng)線程就會(huì)調(diào)用任務(wù)體的run方法,我們從run方法開始跟進(jìn)源碼。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

run方法源碼分析

 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 {            int s = state;            if (s >= INTERRUPTING)                handlePossibleCancellationInterrupt(s);        }    }
  1. 判斷狀態(tài),只有當(dāng)前狀態(tài)為待執(zhí)行狀態(tài),并且能利用cas將當(dāng)前線程成功賦值給runner,進(jìn)入下一步。
  2. 如果成員變量callable不為空,執(zhí)行任務(wù)體callable的call方法并得到返回值result。
  3. 調(diào)用set(result)方法。
 protected void set(V v) {        if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {            outcome = v;            UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state            finishCompletion();        }    }
  1. 將狀態(tài)由NEW(待執(zhí)行狀態(tài))改為COMPLETING(執(zhí)行完成狀態(tài))。
  2. 將返回值result賦值給成員變量outcome。
  3. 將狀態(tài)由改為COMPLETING(執(zhí)行完成狀態(tài))NORMAL(返回值填充完畢狀態(tài))
  4. 調(diào)用finishCompletion()
  private void finishCompletion() {        for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {            if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {                for (;;) {                    Thread t = q.thread;                    if (t != null) {                        q.thread = null;                        LockSupport.unpark(t);                    }                    WaitNode next = q.next;                    if (next == null)                        break;                    q.next = null;                     q = next;                }                break;            }        }        done();        callable = null;           }

這個(gè)方法其實(shí)就是喚醒正在等待結(jié)果的線程,可能有多個(gè)線程在等待任務(wù)返回值,等待的線程都會(huì)被封裝為一個(gè)WaitNode節(jié)點(diǎn),多個(gè)節(jié)點(diǎn)以單向鏈表結(jié)構(gòu)連接在一起,這個(gè)方法是從鏈表的頭節(jié)點(diǎn)一個(gè)一個(gè)喚醒。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

將所有的等待線程喚醒后,最后執(zhí)行done方法,done方法在FutureTask沒有被實(shí)現(xiàn),所以也就相當(dāng)于什么都不做,那么done存在的意義是什么呢?它存在的意義在于在任務(wù)處理的完畢后線程結(jié)束前做一些事情,是留給子類擴(kuò)展用的。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

再看futureTask.get()的源碼分析

當(dāng)前線程是等待任務(wù)結(jié)果的線程不同于上面執(zhí)行任務(wù)的線程:Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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

如果此時(shí)狀態(tài)是返回值填充完畢狀態(tài),那就進(jìn)入report方法直接返回值即可,如果此時(shí)狀態(tài)不是返回值填充完畢狀態(tài),就要進(jìn)入awaitDone方法進(jìn)行阻塞等待操作。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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);        }    }

awaitDone方法是支持阻塞指定時(shí)長的。如果沒有傳入阻塞時(shí)長就是永久阻塞。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

先計(jì)算等待時(shí)長,結(jié)果要么是需要等待一定時(shí)長,要么是永久等待。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

進(jìn)入循環(huán)進(jìn)行一些力的判斷處理。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

判斷中斷,如果是被中斷直接出隊(duì)并拋異常(外面可以通過捕獲異常讓下城跳出循環(huán))。可見阻塞等待是可以被中斷的。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

如果此時(shí)狀態(tài)是大于等于返回值填充完畢狀態(tài)直接返回此狀態(tài)。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

如果此時(shí)狀態(tài)為執(zhí)行完畢狀態(tài),但是還沒有到達(dá)返回值填充完畢狀態(tài),那就讓出cpu稍微等待一下,因?yàn)檫@兩個(gè)狀態(tài)的間隔很短。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

如果上面的判斷都不滿足,那就為當(dāng)前線程綁定WaitNode節(jié)點(diǎn)。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

如果綁定的WaitNode節(jié)點(diǎn)還沒有入隊(duì),那就通過cas方式入隊(duì),就是替換頭節(jié)點(diǎn),也就是后進(jìn)來的為頭節(jié)點(diǎn)。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

如果指定了阻塞時(shí)間,此時(shí)要判斷是否超時(shí),如果超時(shí)就直接返回狀態(tài),如果沒有超時(shí),計(jì)算出所剩的時(shí)間,然后利用LockSupport.parkNanos阻塞。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

如果上面都不滿足就利用LockSupport.park進(jìn)入永久阻塞。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

上面就是FutureTask主要的源碼分析,其原理比較簡單,如果是run方法中提供返回值的支持,還有一個(gè)方法runAndReset,它提供了任務(wù)循環(huán)執(zhí)行的支持。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

protected boolean runAndReset() {        if (state != NEW ||            !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,                                         null, Thread.currentThread()))            return false;        boolean ran = false;        int s = state;        try {            Callable<V> c = callable;            if (c != null && s == NEW) {                try {                    c.call(); // don't set result                    ran = true;                } catch (Throwable ex) {                    setException(ex);                }            }        } finally {            s = state;            if (s >= INTERRUPTING)                handlePossibleCancellationInterrupt(s);        }        return ran && s == NEW;    }

這個(gè)代碼很簡單,如果狀態(tài)為待執(zhí)行,就會(huì)執(zhí)行任務(wù),不關(guān)心返回值,任務(wù)執(zhí)行完不會(huì)更新狀態(tài),使得狀態(tài)一直處于待執(zhí)行狀態(tài),如果runAndReset方法被再次調(diào)用依然會(huì)再一次執(zhí)行任務(wù)。ScheduledThreadPoolExecutor就利用了這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)定時(shí)任務(wù)處理。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

其他方法支持

上面說了FutureTask實(shí)現(xiàn)了Future接口,F(xiàn)uture接口提供了對(duì)任務(wù)處理的能力Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

//獲取任務(wù)結(jié)果 如果任務(wù)沒有處理完就阻塞等待timeout時(shí)間V get(long timeout, TimeUnit unit);//獲取任務(wù)結(jié)果 如果任務(wù)沒有處理完就永久阻塞等待V get(); //任務(wù)執(zhí)行完畢后執(zhí)行的方法,用于子類擴(kuò)展用boolean isDone();//任務(wù)是否被取消 true為已取消boolean isCancelled();//取消任務(wù)boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);

cancel為取消任務(wù),它有一個(gè)boolean類型的參數(shù),true表示需要中斷線程并且將狀態(tài)改為INTERRUPTING,false表示只改狀態(tài)為CANCELLED。Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

cancel方法的邏輯如下:Lbl28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 只有處于待執(zhí)行狀態(tài)的任務(wù)才會(huì)被取消
  • 傳參為false,狀態(tài)由NEW改為CANCELLED
  • 傳參為true,狀態(tài)由NEW改為INTERRUPTING
  • 同時(shí)如果傳參是true,則調(diào)用負(fù)責(zé)執(zhí)行任務(wù)的那個(gè)線程的interrupt方法進(jìn)行中斷操作,最后將狀態(tài)由INTERRUPTING改為INTERRUPTED
  • 喚醒所有正在等待任務(wù)結(jié)果的線程。
  • 最后執(zhí)行done方法。

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