java基础巩固，中级篇（多线程）

本博客总结网络其他文章和自己的理解，仅用于自己巩固基础跟分享给大家参考而已

java多线程的创建和启动

多线程即在同一时间，可以做多件事情。 

创建多线程有几种方式，分别是

1.继承线程类 （重写run方法，并调用start方法启动，继承Thread类，通过重写run()方法定义了一个新的线程类，其中run()方法

的方法体代表了线程需要完成的任务，称之为线程执行体。当创建此线程类对象时一个新的线程得以创建，并进入到线程新建状

态。通过调用线程对象引用的start()方法，使得该线程进入到就绪状态，此时此线程并不一定会马上得以执行，这取决于CPU调

度时机。）

2.实现Runnable接口 （实现Runnable接口，并重写该接口的run()方法，该run()方法同样是线程执行体，创建Runnable实现类的

实例，并以此实例作为Thread类的target来创建Thread对象，该Thread对象才是真正的线程对象）

3.匿名类

4.实现Callable接口（可以拿到返回结果）

注： 启动线程是start()方法，run()并不能启动一个新的线程

 

Thread和Runnable之间的关系

先来看一段代码

public class ThreadTest {

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            if (i == 30) {
                Runnable myRunnable = new MyRunnable();
                Thread thread = new MyThread(myRunnable);
                thread.start();
            }
        }
    }
}


class MyThread extends Thread {

    private int i = 0;
    
    public MyThread(Runnable runnable){
        super(runnable);
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("in MyThread run");
        for (i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }

class MyRunnable implements Runnable {
    private int i = 0;

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("in MyRunnable run");
        for (i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        }
    }
}

}

同样的，与实现Runnable接口创建线程方式相似，不同的地方在于下面这段代码

 Thread thread = new MyThread(myRunnable);

那么这种方式可以顺利创建出一个新的线程么？答案是肯定的。至于此时的线程执行体到底是MyRunnable接口中的run()方法还

是MyThread类中的run()方法呢？通过输出我们知道线程执行体是MyThread类中的run()方法。其实原因很简单，因为Thread类本

身也是实现了Runnable接口，而run()方法最先是在Runnable接口中定义的方法。

当执行到Thread类中的run()方法时，会首先判断target是否存在，存在则执行target中的run()方法，也就是实现了Runnable接口

并重写了run()方法的类中的run()方法。但是上述给到的列子中，由于多态的存在，根本就没有执行到Thread类中的run()方法，

而是直接先执行了运行时类型即MyThread类中的run()方法。

总结一下：Thread是线程，Runnable是线程执行体。Runnable接口真的是仅仅是一个接口，它并不是一个线程，不能用来启动

线程，真正执行线程的还是Thread。Runnable字面意思也就是可执行的，我的理解是Runnable接口用来定义可以给线程执行的

东西，也就是把run()方法的代码仍在线程去执行。

java线程中的几种状态

新建状态（New）：当线程对象对创建后，即进入了新建状态，如：Thread t = new MyThread();

就绪状态（Runnable）：当调用线程对象的start()方法（t.start();），线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此

线程已经做好了准备，随时等待CPU调度执行，并不是说执行了t.start()此线程立即就会执行；

运行状态（Running）：当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得以真正执行，即进入到运行状态。注：就     绪

状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说，线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；

阻塞状态（Blocked）：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到

其进入到就绪状态，才 有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。根据阻塞产生的原因不同，阻塞状态又可以分为三种：

1.等待阻塞：运行状态中的线程执行wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态；

2.同步阻塞 -- 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态；

3.其他阻塞 -- 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终

止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

java线程的生命周期及管理

如图所示线程的生命周期（图片也来源于网络）

线程的管理有几点如下

1、线程睡眠——sleep

      如果我们需要让当前正在执行的线程暂停一段时间，并进入阻塞状态，则可以通过调用Thread的sleep方法。

   （1）sleep是静态方法，最好不要用Thread的实例对象调用它，因为它睡眠的始终是当前正在运行的线程，而不是调用它的线

程对象，它只对正在运行状态的线程对象有效。

 （2）Java线程调度是Java多线程的核心，只有良好的调度，才能充分发挥系统的性能，提高程序的执行效率。但是不管程序员

怎么编写调度，只能最大限度的影响线程执行的次序，而不能做到精准控制。因为使用sleep方法之后，线程是进入阻塞状态的，

只有当睡眠的时间结束，才会重新进入到就绪状态，而就绪状态进入到运行状态，是由系统控制的，我们不可能精准的去干涉

它，所以如果调用Thread.sleep(1000)使得线程睡眠1秒，可能结果会大于1秒。

2、线程让步——yield

      yield()方法和sleep()方法有点相似，它也是Thread类提供的一个静态的方法，它也可以让当前正在执行的线程暂停，让出cpu

资源给其他的线程。但是和sleep()方法不同的是，它不会进入到阻塞状态，而是进入到就绪状态。yield()方法只是让当前线程暂

停一下，重新进入就绪的线程池中，让系统的线程调度器重新调度器重新调度一次，完全可能出现这样的情况：当某个线程调用

yield()方法之后，线程调度器又将其调度出来重新进入到运行状态执行。

实际上，当某个线程调用了yield()方法暂停之后，优先级与当前线程相同，或者优先级比当前线程更高的就绪状态的线程更有可

能获得执行的机会，当然，只是有可能，因为我们不可能精确的干涉cpu调度线程

注：关于sleep()方法和yield()方的区别如下：

①、sleep方法暂停当前线程后，会进入阻塞状态，只有当睡眠时间到了，才会转入就绪状态。而yield方法调用后 ，是直接进入

就绪状态，所以有可能刚进入就绪状态，又被调度到运行状态。

②、sleep方法声明抛出了InterruptedException，所以调用sleep方法的时候要捕获该异常，或者显示声明抛出该异常。而yield方

法则没有声明抛出任务异常。

③、sleep方法比yield方法有更好的可移植性，通常不要依靠yield方法来控制并发线程的执行。

3、线程合并——join

线程的合并的含义就是将几个并行线程的线程合并为一个单线程执行，应用场景是当一个线程必须等待另一个线程执行完毕才能

执行时，Thread类提供了join方法来完成这个功能，注意，它不是静态方法。

从上面的方法的列表可以看到，它有3个重载的方法

void join()      
     当前线程等该加入该线程后面，等待该线程终止。    
void join(long millis)  
     当前线程等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒。 如果在millis时间内，
该线程没有执行完，那么当前线程进入就绪状态，重新等待cpu调度  
void join(long millis,int nanos)   
     等待该线程终止的时间最长为 millis 毫秒 + nanos 纳秒。如果在millis时间内，
该线程没有执行完，那么当前线程进入就绪状态，重新等待cpu调度  

4、设置线程的优先级

     每个线程执行时都有一个优先级的属性，优先级高的线程可以获得较多的执行机会，而优先级低的线程则获得较少的执行机

会。与线程休眠类似，线程的优先级仍然无法保障线程的执行次序。只不过，优先级高的线程获取CPU资源的概率较大，优先级

低的也并非没机会执行。

每个线程默认的优先级都与创建它的父线程具有相同的优先级，在默认情况下，main线程具有普通优先级。

注：Thread类提供了setPriority(int newPriority)和getPriority()方法来设置和返回一个指定线程的优先级，其中setPriority方法的参

数是一个整数，范围是1~·0之间，也可以使用Thread类提供的三个静态常量：

MAX_PRIORITY   =10

MIN_PRIORITY   =1

NORM_PRIORITY   =5

 虽然Java提供了10个优先级别，但这些优先级别需要操作系统的支持。不同的操作系统的优先级并不相同，而且也不能很好的

和Java的10个优先级别对应。所以我们应该使用MAX_PRIORITY、MIN_PRIORITY和NORM_PRIORITY三个静态常量来设定优

先级，这样才能保证程序最好的可移植性。

5、后台（守护）线程

  守护线程使用的情况较少，但并非无用，举例来说，JVM的垃圾回收、内存管理等线程都是守护线程。还有就是在做数据库应

用时候，使用的数据库连接池，连接池本身也包含着很多后台线程，监控连接个数、超时时间、状态等等。调用线程对象的方法

setDaemon(true)，则可以将其设置为守护线程。守护线程的用途为：

 守护线程通常用于一些后台作业，例如在你的应用程序运行时播放背景音乐，在编辑器里做自动语法检查、自动保存等功能。

 Java的垃圾回收也是一个守护线程。守护线的好处就是你不需要关心它的结束问题。例如你在你的应用程序运行的时候希望播放

背景音乐，如果将这个播放背景音乐的线程设定为非守护线程，那么在用户请求退出的时候，不仅要退出主线程，还要通知播放

背景音乐的线程退出；如果设定为守护线程则不需要了。

setDaemon方法的详细说明：

public final void setDaemon(boolean on)        将该线程标记为守护线程或用户线程。当正在运行的线程都是守护线程时，Java 虚拟机退出。    
         该方法必须在启动线程前调用。 该方法首先调用该线程的 checkAccess 方法，且不带任何参数。这可能抛出 SecurityException（在当前线程中）。   
  参数：
     on - 如果为 true，则将该线程标记为守护线程。    
  抛出：    
    IllegalThreadStateException - 如果该线程处于活动状态。    
    SecurityException - 如果当前线程无法修改该线程。

 JRE判断程序是否执行结束的标准是所有的前台执线程行完毕了，而不管后台线程的状态，因此，在使用后台县城时候一定要注

意这个问题。

6、正确结束线程

Thread.stop()、Thread.suspend、Thread.resume、Runtime.runFinalizersOnExit这些终止线程运行的方法已经被废弃了，使用

它们是极端不安全的！想要安全有效的结束一个线程，可以使用下面的方法：

 正常执行完run方法，然后结束掉；

控制循环条件和判断条件的标识符来结束掉线程。

线程同步

 java允许多线程并发控制，当多个线程同时操作一个可共享的资源变量时（如数据的增删改查），将会导致数据不准确，相互之

间产生冲突，因此加入同步锁以避免在该线程没有完成操作之前，被其他线程的调用，从而保证了该变量的唯一性和准确性。

1、同步方法     

      即有synchronized关键字修饰的方法。由于java的每个对象都有一个内置锁，当用此关键字修饰方法时，内置锁会保护整个方

法。在调用该方法前，需要获得内置锁，否则就处于阻塞状态。

public synchronized void save(){}

 synchronized关键字也可以修饰静态方法，此时如果调用该静态方法，将会锁住整个类。

2、同步代码块     

 即有synchronized关键字修饰的语句块。被该关键字修饰的语句块会自动被加上内置锁，从而实现同步。

同步是一种高开销的操作，因此应该尽量减少同步的内容。通常没有必要同步整个方法，使用synchronized代码块同步关键代码

即可。

3、使用特殊域变量(volatile)实现线程同步      

   volatile关键字为域变量的访问提供了一种免锁机制；

   使用volatile修饰域相当于告诉虚拟机该域可能会被其他线程更新；

   因此每次使用该域就要重新计算，而不是使用寄存器中的值；

   volatile不会提供任何原子操作，它也不能用来修饰final类型的变量。

多线程中的非同步问题主要出现在对域的读写上，如果让域自身避免这个问题，则就不需要修改操作该域的方法。用final域，有

锁保护的域和volatile域可以避免非同步的问题。

4、使用重入锁（Lock）实现线程同步

 在javaSE5.0中新增了一个java.util.concurrent包来支持同步。ReentrantLock类是可重入、互斥、实现了Lock接口的锁，它与使

用synchronized方法和快具有相同的基本行为和语义，并且扩展了其能力。ReenreantLock类的常用方法有以下几个

 ReentrantLock() : 创建一个ReentrantLock实例         
 lock() : 获得锁        
 unlock() : 释放锁

 ReentrantLock()还有一个可以创建公平锁的构造方法，但由于能大幅度降低程序运行效率，不推荐使用。

线程的通信

1、借助于Object类的wait()、notify()和notifyAll()实现通信

     线程执行wait()后，就放弃了运行资格，处于冻结状态；

     线程运行时，内存中会建立一个线程池，冻结状态的线程都存在于线程池中，notify()执行时唤醒的也是线程池中的线程，线

程池中有多个线程时唤醒第一个被冻结的线程。

 notifyall(), 唤醒线程池中所有线程。

注： （1） wait(), notify(),notifyall()都用在同步里面，因为这3个函数是对持有锁的线程进行操作，而只有同步才有锁，所以要使

用在同步中；
      

（2） wait(),notify(),notifyall(),  在使用时必须标识它们所操作的线程持有的锁，因为等待和唤醒必须是同一锁下的线程；而锁可

以是任意对象，所以这3个方法都是Object类中的方法。

2、使用Condition控制线程通信

      jdk1.5中，提供了多线程的升级解决方案为：

     （1）将同步synchronized替换为显式的Lock操作；

     （2）将Object类中的wait(), notify(),notifyAll()替换成了Condition对象，该对象可以通过Lock锁对象获取;

     （3）一个Lock对象上可以绑定多个Condition对象，这样实现了本方线程只唤醒对方线程，而jdk1.5之前，一个同步只能有一

个锁，不同的同步只能用锁来区分，且锁嵌套时容易死锁。

3、使用阻塞队列（BlockingQueue）控制线程通信

       BlockingQueue是一个接口，也是Queue的子接口。BlockingQueue具有一个特征：当生产者线程试图向BlockingQueue中放入元素时，如果该队列已满，则线程被阻塞；但消费者线程试图从BlockingQueue中取出元素时，如果队列已空，则该线程阻塞。程序的两个线程通过交替向BlockingQueue中放入元素、取出元素，即可很好地控制线程的通信。

BlockingQueue提供如下两个支持阻塞的方法：

  （1）put(E e)：尝试把Eu元素放如BlockingQueue中，如果该队列的元素已满，则阻塞该线程。

  （2）take（）：尝试从BlockingQueue的头部取出元素，如果该队列的元素已空，则阻塞该线程。

BlockingQueue继承了Queue接口，当然也可以使用Queue接口中的方法，这些方法归纳起来可以分为如下三组：

  （1）在队列尾部插入元素，包括add（E e）、offer（E e）、put（E e）方法，当该队列已满时，这三个方法分别会抛出异

常、返回false、阻塞队列。

  （2）在队列头部删除并返回删除的元素。包括remove（）、poll（）、和take（）方法，当该队列已空时，这三个方法分别会

抛出异常、返回false、阻塞队列。

  （3）在队列头部取出但不删除元素。包括element（）和peek（）方法，当队列已空时，这两个方法分别抛出异常、返回

false。

BlockingQueue接口包含如下5个实现类：

ArrayBlockingQueue ：基于数组实现的BlockingQueue队列。

LinkedBlockingQueue：基于链表实现的BlockingQueue队列。

PriorityBlockingQueue：它并不是保准的阻塞队列，该队列调用remove（）、poll（）、take（）等方法提取出元素时，并不是取出队列中存在时间最长的元素，而是队列中最小的元素。
                       它判断元素的大小即可根据元素（实现Comparable接口）的本身大小来自然排序，也可使用Comparator进行定制排序。

SynchronousQueue：同步队列。对该队列的存、取操作必须交替进行。

DelayQueue：它是一个特殊的BlockingQueue，底层基于PriorityBlockingQueue实现，不过，DelayQueue要求集合元素都实现Delay接口（该接口里只有一个long getDelay（）方法），
            DelayQueue根据集合元素的getDalay（）方法的返回值进行排序。

 线程池

 合理利用线程池能够带来三个好处。

1.降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。

2.提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。

3.提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，会降低系统的稳定性，使用线程池可以进

行统一的分配，调优和监控。

1、使用Executors工厂类产生线程池

Executor线程池框架的最大优点是把任务的提交和执行解耦。客户端将要执行的任务封装成Task，然后提交即可。而Task如

何执行客户端则是透明的。具体点讲，提交一个Callable对象给ExecutorService（如最常用的线程池ThreadPoolExecutor），将

得到一个Future对象，调用Future对象的get方法等待执行结果。线程池实现原理类结构图如下：

除此之外，ExecutorService还继承了Executor接口（注意区分Executor接口和Executors工厂类），这个接口只有一个execute()

方法，最后我们看一下整个继承树：

   使用Executors执行多线程任务的步骤如下：

   调用Executors类的静态工厂方法创建一个ExecutorService对象，该对象代表一个线程池；

   创建Runnable实现类或Callable实现类的实例，作为线程执行任务；

   调用ExecutorService对象的submit()方法来提交Runnable实例或Callable实例；

   当不想提交任务时，调用ExecutorService对象的shutdown()方法来关闭线程池。

使用Executors的静态工厂类创建线程池的方法如下：

1、newFixedThreadPool() ： 

作用：该方法返回一个固定线程数量的线程池，该线程池中的线程数量始终不变，即不会再创建新的线程，也不会销毁已经创

建好的线程，自始自终都是那几个固定的线程在工作，所以该线程池可以控制线程的最大并发数。 

栗子：假如有一个新任务提交时，线程池中如果有空闲的线程则立即使用空闲线程来处理任务，如果没有，则会把这个新任务存

在一个任务队列中，一旦有线程空闲了，则按FIFO方式处理任务队列中的任务。

2、newCachedThreadPool() ： 

     作用：该方法返回一个可以根据实际情况调整线程池中线程的数量的线程池。即该线程池中的线程数量不确定，是根据实际情

况动态调整的。 

栗子：假如该线程池中的所有线程都正在工作，而此时有新任务提交，那么将会创建新的线程去处理该任务，而此时假如之前有

一些线程完成了任务，现在又有新任务提交，那么将不会创建新线程去处理，而是复用空闲的线程去处理新任务。那么此时有人

有疑问了，那这样来说该线程池的线程岂不是会越集越多？其实并不会，因为线程池中的线程都有一个“保持活动时间”的参数，

通过配置它，如果线程池中的空闲线程的空闲时间超过该“保存活动时间”则立刻停止该线程，而该线程池默认的“保持活动时间”为

60s。

3、newSingleThreadExecutor() ： 

     作用：该方法返回一个只有一个线程的线程池，即每次只能执行一个线程任务，多余的任务会保存到一个任务队列中，等待这

一个线程空闲，当这个线程空闲了再按FIFO方式顺序执行任务队列中的任务。

4、newScheduledThreadPool() ： 

     作用：该方法返回一个可以控制线程池内线程定时或周期性执行某任务的线程池。

5、newSingleThreadScheduledExecutor() ： 

     作用：该方法返回一个可以控制线程池内线程定时或周期性执行某任务的线程池。只不过和上面的区别是该线程池大小为1，

而上面的可以指定线程池的大小。

注：Executors只是一个工厂类，它所有的方法返回的都是ThreadPoolExecutor、ScheduledThreadPoolExecutor这两个类的实例。

 ExecutorService有如下几个执行方法：

execute(Runnable)   这个方法接收一个Runnable实例，并且异步的执行
submit(Runnable)    submit(Runnable)和execute(Runnable)区别是前者可以返回一个Future对象，通过                    返回的Future对象，我们可以检查提交的任务是否执行完毕，如果任务执行完成，future.get()方法会返回一个null。注意，future.get()方法会产生阻塞
submit(Callable)     submit(Callable)和submit(Runnable)类似，也会返回一个Future对象，但是除此之外，submit(Callable)接收的是一个Callable的实现，Callable接口中的call()方法有一个返回值，可以返回任务的执行结果，而Runnable接口中的run()方法是void的，没有返回值
invokeAny(...)       invokeAny(...) 方法接收的是一个Callable的集合，执行这个方法不会返回Future，但是会返回所有Callable任务中其中一个任务的执行结果。这个方法也无法保证返回的是哪个任务的执行结果，反正是其中的某一个
invokeAll(...)        invokeAll(...)与 invokeAny(...)类似也是接收一个Callable集合，但是前者执行之后会返回一个Future的List，其中对应着每个Callable任务执行后的Future对象

 

ExecutorService关闭方法

   当我们使用完成ExecutorService之后应该关闭它，否则它里面的线程会一直处于运行状态。举个例子，如果的应用程序是通过

main()方法启动的，在这个main()退出之后，如果应用程序中的ExecutorService没有关闭，这个应用将一直运行。之所以会出现

这种情况，是因为ExecutorService中运行的线程会阻止JVM关闭。

要关闭ExecutorService中执行的线程，我们可以调用ExecutorService.shutdown()方法。在调用shutdown()方法之后，

ExecutorService不会立即关闭，但是它不再接收新的任务，直到当前所有线程执行完成才会关闭，所有在shutdown()执行之前提

交的任务都会被执行。

如果想立即关闭ExecutorService，我们可以调用ExecutorService.shutdownNow()方法。这个动作将跳过所有正在执行的任

务和被提交还没有执行的任务。但是它并不对正在执行的任务做任何保证，有可能它们都会停止，也有可能执行完成。

使用Java8增强的ForkJoinPool产生线程池

      在Java 8中，引入了自动并行化的概念。它能够让一部分Java代码自动地以并行的方式执行，前提是使用了ForkJoinPool。

     ForkJoinPool同ThreadPoolExecutor一样，也实现了Executor和ExecutorService接口。它使用了一个无限队列来保存需要执

行的任务，而线程的数量则是通过构造函数传入，如果没有向构造函数中传入希望的线程数量，那么当前计算机可用的CPU数量

会被设置为线程数量作为默认值。

      ForkJoinPool主要用来使用分治法(Divide-and-Conquer Algorithm)来解决问题。典型的应用比如快速排序算法。这里的要点

在于，ForkJoinPool需要使用相对少的线程来处理大量的任务。比如要对1000万个数据进行排序，那么会将这个任务分割成两个

500万的排序任务和一个针对这两组500万数据的合并任务。以此类推，对于500万的数据也会做出同样的分割处理，到最后会设

置一个阈值来规定当数据规模到多少时，停止这样的分割处理。比如，当元素的数量小于10时，会停止分割，转而使用插入排序

对它们进行排序。那么到最后，所有的任务加起来会有大概2000000+个。问题的关键在于，对于一个任务而言，只有当它所有

的子任务完成之后，它才能够被执行。所以当使用ThreadPoolExecutor时，使用分治法会存在问题，因为ThreadPoolExecutor中

的线程无法像任务队列中再添加一个任务并且在等待该任务完成之后再继续执行。而使用ForkJoinPool时，就能够让其中的线程

创建新的任务，并挂起当前的任务，此时线程就能够从队列中选择子任务执行。比如，我们需要统计一个double数组中小于0.5的

元素的个数。

死锁

死锁的四个必要条件

 互斥条件：资源不能被共享，只能被同一个进程使用

请求与保持条件：已经得到资源的进程可以申请新的资源

非剥夺条件：已经分配的资源不能从相应的进程中被强制剥夺

循环等待条件：系统中若干进程组成环路，该环路中每个进程都在等待相邻进程占用的资源。

举个常见的死锁例子：进程A中包含资源A,进程B中包含资源B，A的下一步需要资源B，B的下一步需要资源A，所以它们就互相

等待对方占有的资源释放，所以也就产生了一个循环等待死锁。

处理死锁的方法

忽略该问题，也即鸵鸟算法。当发生了什么问题时，不管他，直接跳过，无视它；

检测死锁并恢复；

资源进行动态分配；

破除上面的四种死锁条件之一。

 

Callable介绍

Callable接口代表一段可以调用并返回结果的代码;Future接口表示异步任务，是还没有完成的任务给出的未来结果。所以说Callable

用于产生结果，Future用于获取结果。

Callable接口使用泛型去定义它的返回类型。Executors类提供了一些有用的方法在线程池中执行Callable内的任务。由于Callable任

务是并行的（并行就是整体看上去是并行的，其实在某个时间点只有一个线程在执行），我们必须等待它返回的结果。 

java.util.concurrent.Future对象为我们解决了这个问题。在线程池提交Callable任务后返回了一个Future对象，使用它可以知道

Callable任务的状态和得到Callable返回的执行结果。Future提供了get()方法让我们可以等待Callable结束并获取它的执行结果。

Callable位于java.util.concurrent包下，它也是一个接口，在它里面也只声明了一个方法，只不过这个方法叫做call()：

public interface Callable {
    /**
     * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
     *
     * @return computed result
     * @throws Exception if unable to compute a result
     */
    V call() throws Exception;
}

　可以看到，这是一个泛型接口，call()函数返回的类型就是传递进来的V类型。

使用Callable

一般情况下是配合ExecutorService来使用的，在ExecutorService接口中声明了若干个submit方法的重载版本：

 Future submit(Callable task);
 Future submit(Runnable task, T result);
Future submit(Runnable task);

第一个submit方法里面的参数类型就是Callable。

暂时只需要知道Callable一般是和ExecutorService配合来使用的，具体的使用方法讲在后面讲述。

一般情况下我们使用第一个submit方法和第三个submit方法，第二个submit方法很少使用。

Future接口

Future是一个接口，代表了一个异步计算的结果。接口中的方法用来检查计算是否完成、等待完成和得到计算的结果。当计算完

成后，只能通过get()方法得到结果，get方法会阻塞直到结果准备好了。如果想取消，那么调用cancel()方法。其他方法用于确定

任务是正常完成还是取消了。一旦计算完成了，那么这个计算就不能被取消。

FutureTask类

FutureTask类实现了RunnableFuture接口，而RunnnableFuture接口继承了Runnable和Future接口，所以说FutureTask是一个提

供异步计算的结果的任务。

FutureTask可以用来包装Callable或者Runnbale对象。因为FutureTask实现了Runnable接口，所以FutureTask也可以被提交给

Executor（如上面例子那样）。

FutureTask的状态

FutureTask中有一个表示任务状态的int值，初始为NEW。定义如下：

 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;

可能的状态转换包括：

NEW -> COMPLETING -> NORMAL
NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL
NEW -> CANCELLED
NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED

构造方法

FutureTask一共有两个构造方法，如下:

 public FutureTask(Callable callable) {
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        this.callable = callable;
        this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
    }
    
    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
        this.callable = Executors.callable(runnable, result);
        this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
    }

第一个构造方法好理解；第二个方法是将Runnbale和结果组合成一个Callable，这个可以通过Excutors.callable()方法得出结论：

 public static  Callable callable(Runnable task, T result) {
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        return new RunnableAdapter(task, result);
    }
    
static final class RunnableAdapter implements Callable {
        final Runnable task;
        final T result;
        RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
            this.task = task;
            this.result = result;
        }
        public T call() {
            task.run();
            return result;
        }
    }

从上面可以看到RunnableAdapter实现了Callable并且在call方法中调用了Runnable的run方法，然后将结果返回，这其实就是一

个适配器模式啊。

所以说两个构造方法最终都是得到了一个Callable以及设置了初始状态为NEW。

run方法

当将FutureTask提交给Executor后，Executor执行FutureTask时会执行其run方法，下面看一下run方法中做了哪些事情。

public void run() {
        //如果状态不为NEW或者CAS当前执行线程失败，直接返回
        if (state != NEW ||
            !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                         null, Thread.currentThread()))
            return;
        //尝试调用Callable.call
        try {
            Callable c = callable;
            if (c != null && state == NEW) {
                V result;
                boolean ran;
                try {
                    result = c.call();
                    ran = true;
                } catch (Throwable ex) {
                    //出现异常了，调用setException方法
                    result = null;
                    ran = false;
                    setException(ex);
                }
                //如果成功了，调用set方法
                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
            //如果在执行过程，任务被取消了
            int s = state;
            if (s >= INTERRUPTING)
                handlePossibleCancellationInterrupt(s);
        }
    }

从上面可以看到，任务可以被执行的前提是当前状态为NEW以及CAS当前执行线程成功，也就是runner值，代表执行Callable的

线程。从这个看到run方法就是调用Callable的call方法，然后如果出现异常了就调用setException方法，如果成功执行了，那么调

用set方法，下面我们分别来看这几种情况。

set方法

当Callable成功执行后，会调用set方法将结果传出。源码如下：

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

从上面可以看到，将outcome变量赋值为结果，并将state状态更新，最后调用finishCompletion()方法。finishCompletion()方法将

移除和通知所有等待线程，这个方法后面再说。下面先看setException方法。

setException方法

setException方法如下：

//完成NEW->COMPLETING->EXCEPTIONAL状态转换
protected void setException(Throwable t) {
        if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
            outcome = t;
            UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // final state
            finishCompletion();
        }
    }

从上面看到，该方法和set方法类似，完成状态转换，将结果设置为Throwable并调用finishCompletion通知和移除等待线程。

get方法

当想得到FutureTask的结算结果时，调用get方法，get方法可以允许多个线程调用，下面的例子展示了多个线程调用get的情况。

 public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        System.out.println("Start:" + System.nanoTime());
        FutureTask futureTask = new FutureTask(new SumTask());
        Executor executor=Executors.newSingleThreadExecutor();
        executor.execute(futureTask);
        for(int i=0;i<5;i++){
            executor.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println("get result "+futureTask.get());
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (ExecutionException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
        System.out.println(futureTask.get());
        System.out.println("End:" + System.nanoTime());
    }

该例子展示了一共有5个线程想得到FutureTask的结果，一旦调用get，那么该线程就会阻塞。

FutureTask的get方法实现如下：

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

从上面的代码可以看到，如果当前任务的状态不大于COMPLETING，那么会调用awaitDone方法，这个方法会将调用的线程挂

起；否则直接调用report方法返回结果。

在前面set和setException方法中可以得出结论：当状态从NEW变为COMPLETING后，才会将outcome赋值，也就是状态是NEW

或者COMPLETING时，outcome都还未赋值，也就意味着计算仍在进行，那么此时想要get到结果，就必须等待。下面先看下

awaitDone方法是如何将调用线程阻塞的。awaitDone的两个参数分别表示是否定时，以及定时的时间多少。get的另一个重载方

法就提供了超时限制。awaitDone方法如下：

private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException {
        final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
        WaitNode q = null;
        boolean queued = false;
        for (;;) {
            //如果当前线程被中断了，移除并抛出异常
            if (Thread.interrupted()) {
                removeWaiter(q);
                throw new InterruptedException();
            }

            int s = state;
            //如果状态大于COMPLETING，说明已经计算已经完成了
            if (s > COMPLETING) {
                if (q != null)
                    q.thread = null;
                return s;
            }
            //状态是COMPLETING，在set和setException方法中可以看到处于该状态马上就会进入下一个状态
            else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
                Thread.yield();
            //新建一个等待节点
            else if (q == null)
                q = new WaitNode();
            //还没有入队，尝试入队
            else if (!queued)
                queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
                                                     q.next = waiters, q);
            //如果限制了时间
            else if (timed) {
                nanos = deadline - System.nanoTime();
                if (nanos <= 0L) {
                    removeWaiter(q);
                    return state;
                }
                //挂起指定时间
                LockSupport.parkNanos(this, nanos);
            }
            //无限挂起
            else
                LockSupport.park(this);
        }
    }

上面的代码中有一个WaitNode类，该类表示等待节点，保存等待的线程以及下一个节点，是一个单链表结构，其定义如下:

 static final class WaitNode {
        volatile Thread thread;
        volatile WaitNode next;
        WaitNode() { thread = Thread.currentThread(); }
    }

awaitDone方法中进入死循环后，主要有几步：

如果线程被中断了，移除节点，抛出异常

如果状态大于COMPLETING，那么直接返回

如果状态是COMPLETING，在set和setException可以看到，处于COMPLETING是一个暂时状态，很快就会进入下一个状态，所

以这儿就调用了Thread.yield()方法让步一下

如果状态是NEW且节点为null，那么创建一个节点

如果还没有将当前线程加入队列，那么将当前线程加入到等待队列中。由于WaitNode是一个单链表结构，FutureTask中保存了

waiters的变量，就可以沿着该变量得到所有等待的线程

如果限制了时间，那么计算出生出超出时间，挂起指定时间。当解除挂起时，如果计算还未完成，那么将会由于没有时间了，调

用removeWaiter方法移除节点。

如果没有限制时间，那么将线程无限挂起

上面几种情况下，都涉及了移除节点，removeWaiter方法就是删除单链表中一个节点的实现。

当线程被解除挂起，或计算已经完成后，将会get方法中将会调用report返回结果，其实现如下：

 private V report(int s) throws ExecutionException {
        Object x = outcome;
        //如果计算正常结束
        if (s == NORMAL)
            return (V)x;
        //如果计算被取消了
        if (s >= CANCELLED)
            throw new CancellationException();
        //如果计算以异常计算
        throw new ExecutionException((Throwable)x);
    }

从上面可以看到report会根据任务的状态不同返回不同的结果。

如果计算正常结束，即状态是NORMAL，那么返回正确的计算结果

如果计算被取消了，即状态大于等于CANCELLED，那么抛出CancellationException

如果计算以异常结束，即状态是EXCEPTIONAL，那么抛出ExecutionException

finishCompletion方法

在set方法和setException方法中，当将结果赋值后，都调用了finishCompletion方法来移除和通知等待线程。由于get方法中可以

挂起了一群等待节点，那么当结果被计算出来了，自然应该通知那些等待线程。finishCompletion的实现如下：

 private void finishCompletion() {
        //如果有等待线程，从头开始解除挂起
        for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
            if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
                for (;;) {
                    //得到等待节点的线程，解除挂起
                    Thread t = q.thread;
                    if (t != null) {
                        q.thread = null;
                        LockSupport.unpark(t);
                    }
                    WaitNode next = q.next;
                    if (next == null)
                        break;
                    q.next = null; // unlink to help gc
                    q = next;
                }
                break;
            }
        }
        
        done();

        callable = null;        // to reduce footprint
    }

finishCompletion的实现比较简单，就是遍历等待线程的单链表，释放那些等待线程。当线程被释放后，那么在awaitDone的死循

环中就会进入下一个循环，由于状态已经变成了NORMAL或者EXCEPTIONAL，将会直接跳出循环。

释放了所有线程后，将会调用done()方法，FutureTask的done()方法默认没有任何实现，子类可以在该方法中调用完成回调以及

记录操作等等。

上面的方法分析完了FutureTask的主要流程，包括调用get线程的阻塞、run方法执行、计算结果的返回。下面再来看一些取消、

查看状态的方法。

cancel方法

cancel方法用于取消Callable的计算。参数mayInterruptIfRunning指明是否应该中断正在运行的任务，返回值表示取消是否成功

了。其源码如下：

 public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
        if (!(state == NEW &&
              UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW,
                  mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED)))
            return false;
        try { 
            //如果需要中断
            if (mayInterruptIfRunning) {
                try {
                    Thread t = runner;
                    if (t != null)
                        t.interrupt();
                } finally {
                    //最终状态INTERRUPTED
                    UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, INTERRUPTED);
                }
            }
        } finally {
            //释放等待线程
            finishCompletion();
        }
        return true;
    }

从上面可以看到如果是需要中断正在执行的任务，那么状态转换将会是NEW->INTERRPUTING->INTERRUPTED；如果不需要

中断正在执行的任务，那么状态转换将会是NEW->CANCELD。不管是否中断，最终都会调用finishCompletion()完成对等待线程

的释放。

当这些线程释放后，再进入到awaitDone中的循环时，返回的状态将会是大于等于CANCELD，在report方法中将会得到

CancellationException异常。

isDone方法

Future接口中isDone方法表明任务是否已经完成了，如果完成了，那么返回true，否则false。下面是FutureTask的实现：

 public boolean isDone() {
        return state != NEW;
    }

可以看到只要状态从初始状态NEW完成了一次转换，那么就说明任务已经被完成了。