之前在分析Android里面的AsyncTask的时候，里面提及到FutureTask这个类。可能那时候思维比较局限，然后对这个类的认知还不够，所以在解释方面可能不是很好。今天由于在看ScheduledThreadPoolExecutor类的源码，里面涉及到FutureTask类，我觉得必须先理解到FutureTask的含义，对ScheduledThreadPoolExecutor的理解可能才会更加的清楚一些。
本文参考资料：
1.FutureTask 深度解析
2.方腾飞、魏鹏、程晓明的《Java 并发编程的艺术》
1.FutureTask的简介
在正式分析这个类之前，我们先来对FutureTask类有一个整体的认识，因为可能有些老哥对这个不是很熟悉。
首先，FutureTask实现了Future接口和Runnable，所以FutureTask类可以被Thread看成一个任务来执行。实现Future接口主要是作为一个标记，当时当前这个任务在执行时可以被cancel，还可以获取异步执行的结果，这个是Runnable接口不能做到的。
同时，由于FutureTask实现了Runnable接口，所以可以被Executor执行，这个也是为什么在ScheduledThreadPoolExecutor里面使用FutureTask类。
说到这里，可能有些老哥对这个类还是有点疑惑，不急，现在我们从原理上理解这个类到底是干嘛的。
2. FutureTask的成员变量
在分析FutureTask类之前，我们还是先对这个FutureTask类的成员变量有一个基本的了解，这样在理解后面的源代码的时候对我们有一定的帮助。
| 变量名 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
| state | int | 当前任务执行的状态，有多种状态可以选择，待会会详细的介绍每种状态的含义。 |
| callable | Callable | 执行的任务类，调用Callable的call方法可以执行Callable内部的任务。真正调用Callable的call方法是在FutureTask的run方法里面。 |
| outcome | Object | 任务执行过程中产生的结果，这个对象里面存储的有可能是正常执行之后产生的结果，也有可能是执行过程产生的异常。 |
| runner | Thread | 当前正在执行任务的线程，由于一个FutureTask任务可能会被多个线程执行，所以这里runner记录正在执行该任务的线程。 |
| waiters | WaitNode | 等待栈中的一个元素。如果一个线程在尝试获取任务的结果（调用get方法），首先会创建一个WaitNode的对象，进入栈；如果顺利获得结果，会将这个线程从栈中移除掉；如果不能获得获得结果（任务还未执行完毕），则会被阻塞，只有当任务完成之后，在finishCompletion方法里面被唤醒。 |
上面在解释state中说到，state可能有多个状态，我们来看看每种状态的含义。
| 变量名 | 值 | 描述 |
|---|---|---|
| NEW | 0 | 表示处于新建状态，还没有开始执行。 |
| COMPLETING | 1 | state中间状态一种，表示任务将要完成，但是还完成最终的一些处理。可能对这里有些疑惑，后面我们根据源代码就能清楚的知道。 |
| NORMAL | 2 | state最终状态的一种，表示任务已经正常完成，如果任务的状态处于NORMAL，那么outcome 里面存储的就是任务执行的结果。 |
| EXCEPTIONAL | 3 | state最终状态的一种，表示任务在执行过程发生了异常，此时outcome里面存储的就是产生的异常对象。 |
| CANCELLED | 4 | state中间状态一种，表示这个这个任务正在被cancel。在调用cancel方法时，如果mayInterruptIfRunning设置为false的话，state的中间状态会被更新为CANCELLED。 |
| INTERRUPTING | 5 | state中间状态一种，表示这个这个任务正在被cancel。在调用cancel方法时，如果mayInterruptIfRunning设置为true的话，state的中间状态会被更新为CANCELLED。 |
| INTERRUPTED | 6 | state最终状态的一种，表示任务已经被cancel调用了。这个所说的cancel掉，实际上是线程的中断位被标记为中断。 |
我们现在对FutureTask的成员变量有了初步的了解，在后面分析过程中相对来说应该比较容易了。
3.构造方法
对成员变量有了一个基本的了解之后，我们来看看FutureTask的构造方法，看看它的构造方法里面给我们初始化了哪些东西。FutureTask有两个构造方法，我们只看其中的一个吧。
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
构造过程是非常简单，只做了两步：1.将初始化callable变量，这里需要注意的是，将一个Runnable对象包装成了一个Callable对象；2.初始化state，将初始化为NEW。
4.run过程
当我们一个创建好的FutureTask对象提交到线程池或者使用Thread来执行，最终都会调用run方法的，所以分析run方法是必要的。我们先来看看run方法的代码：
public void run() {
if (state != NEW ||
!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
null, Thread.currentThread()))
return;
try {
Callable c = callable;
if (c != null && state == NEW) {
V result;
boolean ran;
try {
//执行任务
result = c.call();
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
result = null;
ran = false;
setException(ex);
}
if (ran)
//设置结果
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);
}
}
整个run方法的过程还是比较简单的，我将它分为2步：1.调用callable的call方法，进行任务真正执行；2.执行完毕之后，设置结果。这个结果有可能是异常，也有可能是正常的结果。
如果在任务的执行过程中发生了异常，那么会调用setException方法：
protected void setException(Throwable t) {
if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
outcome = t;
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // final state
finishCompletion();
}
}
从setException方法里面，我们可以得出，首先尝试着将state字段更新为COMPLETING，然后将产生的异常对象赋值给outcome变量里面去，最后在将state更新为EXCEPTIONAL。
如果整个执行过程正常结束的话，那么会调用set方法来设置结果。
protected void set(V v) {
if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
outcome = v;
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
finishCompletion();
}
}
set方法的执行过程跟setException方法差不多，只是在outcome里面存储的是从call方法获得的结果，还有就是state最终的值是NORMAL。
5.get过程
FutureTask有一个特点就是，我们可以从异步的过程中获得执行的结果，这个获得的方法就是调用get方法。但是调用这个方法需要的注意的是，如果当前任务还没有执行完毕，那么会阻塞在get方法里面，直到获得成功为止。我们来看看get方法：
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
int s = state;
if (s <= COMPLETING)
s = awaitDone(false, 0L);
return report(s);
}
我们发现，如果当前任务没有完成，也就是说，如果state没有被更新为COMPLETING以上的话，那么会调用awaitDone方法来等待任务完成；如果任务完成的话，那么直接调用report方法来返回结果。这里先看看report方法：
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);
}
report方法主要返回任务的结果，当然如果之前任务执行过程中发生了异常，这里就会抛出异常。
这里，我们再来看看awaitDone方法：
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)
//进入栈
queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
q.next = waiters, q);
else if (timed) {
nanos = deadline - System.nanoTime();
if (nanos <= 0L) {
removeWaiter(q);
return state;
}
//阻塞
LockSupport.parkNanos(this, nanos);
}
else
//阻塞
LockSupport.park(this);
}
}
在这个方法，执行流程分为两步：1.进入这个方法之后，首先创建WaitNode让他进行等待栈中；2.进行自我阻塞。
如果这个线程被唤醒或者第一次执行到这个方法之后，发现自己被中断了，那么首先会将自己的WaitNode从等待栈移除，其次抛出InterruptedException异常。只有当状态大于COMPLETING，才会退出这个方法。
6.cancel过程
在使用FutureTask的时候，cancel操作也是常见的，这里，我们对cancel进行分析一下。
public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
if (!(state == NEW &&
UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW,
mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED)))
return false;
try { // in case call to interrupt throws exception
if (mayInterruptIfRunning) {
try {
Thread t = runner;
if (t != null)
t.interrupt();
} finally { // final state
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, INTERRUPTED);
}
}
} finally {
finishCompletion();
}
return true;
}
cancel方法的意思是非常简单的，主要的作用是将一个线程的中断位标记为中断，为其他过程做一个参考。