Java并发编程：Callable、Future和FutureTask

1、简介

在Java中创建线程的2种方式，一种是直接继承Thread，另外一种就是实现Runnable接口。这2种方式都有一个缺陷就是：在执行完任务之后无法获取执行结果。

2、需求

在Java中，如果需要获取执行结果，就必须通过共享变量或者使用线程通信的方式来达到效果，这样使用起来就比较麻烦。而自从Java 1.5开始，就提供了Callable和Future，通过它们可以在任务执行完毕之后得到任务执行结果。

3、Callable、FutureTask简介

在学习Callable和FutureTask之前，我们先看一下java.lang.Runnable吧，它是一个接口，在它里面只声明了一个run()方法：

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    /**
     * When an object implementing interface Runnable is used
     * to create a thread, starting the thread causes the object's
     * run method to be called in that separately executing
     * thread.
     * 

     * The general contract of the method run is that it may
     * take any action whatsoever.
     *
     * @see     java.lang.Thread#run()
     */
    public abstract void run();
}

由于run()方法返回值为void类型，所以在执行完任务之后无法返回任何结果。

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()：

package java.util.concurrent;

/**
 * A task that returns a result and may throw an exception.
 * Implementors define a single method with no arguments called
 * {@code call}.
 *
 * 
The {@code Callable} interface is similar to {@link
 * java.lang.Runnable}, in that both are designed for classes whose
 * instances are potentially executed by another thread.  A
 * {@code Runnable}, however, does not return a result and cannot
 * throw a checked exception.
 *
 * 
The {@link Executors} class contains utility methods to
 * convert from other common forms to {@code Callable} classes.
 *
 * @see Executor
 * @since 1.5
 * @author Doug Lea
 * @param  the result type of method {@code call}
 */
@FunctionalInterface
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。

那么怎么使用Callable呢？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：

<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
<T> Future<T> 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。
• 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就是对于具体的Runnable或者Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果。必要时可以通过get方法获取执行结果，该方法会阻塞直到任务返回结果。

Future类位于java.util.concurrent包下，它是一个接口：

public  interface  Future {
     boolean  cancel( boolean  mayInterruptIfRunning);
     boolean  isCancelled();
     boolean  isDone();
     V get()  throws  InterruptedException, ExecutionException;
     V get( long  timeout, TimeUnit unit)
         throws  InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

在Future接口中声明了5个方法，下面依次解释每个方法的作用：

• cancel方法用来取消任务，如果取消任务成功则返回true，如果取消任务失败则返回false。参数mayInterruptIfRunning表示是否允许取消正在执行却没有执行完毕的任务，如果设置true，则表示可以取消正在执行过程中的任务。如果任务已经完成，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，此方法肯定返回false，即如果取消已经完成的任务会返回false；如果任务正在执行，若mayInterruptIfRunning设置为true，则返回true，若mayInterruptIfRunning设置为false，则返回false；如果任务还没有执行，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，肯定返回true。
• isCancelled方法表示任务是否被取消成功，如果在任务正常完成前被取消成功，则返回 true。
• isDone方法表示任务是否已经完成，若任务完成，则返回true；
• get()方法用来获取执行结果，这个方法会产生阻塞，会一直等到任务执行完毕才返回；
• get(long timeout, TimeUnit unit)用来获取执行结果，如果在指定时间内，还没获取到结果，就直接返回null。

Future提供了三种功能：

1. 判断任务是否完成；
2. 能够中断任务；
3. 能够获取任务执行结果。

因为Future只是一个接口，所以是无法直接用来创建对象使用的，因此就有了下面的FutureTask。

4、Callable、FutureTask使用

4.1简单使用

CallableTask.java

public class CallableTask implements Callable<Integer> {

        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            int hours=5;
            int amount = 0;
            while(hours>0){
                System.out.println("我正在工作,剩余时间 "+hours+"小时");
                amount++;
                hours--;
                Thread.sleep(1000);
            }
            return amount;
        }
}

TestDemo.java

public class TestDemo {

    public static void main(String args[]) throws ExecutionException {
        CallableTask worker = new CallableTask();
        FutureTask jiangong = new FutureTask(worker);
        new Thread(jiangong).start();

        while(!jiangong.isDone()){
            try {
                System.out.println("获取结果"+jiangong.get());
                System.out.println("任务是否取消"+jiangong.isCancelled());
                System.out.println("任务是否执行"+jiangong.isDone());
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        int amount;
        try {
            amount = jiangong.get();
            System.out.println("工作做完了,上交了"+amount);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}

运行的结果：

4.2并发的实现

package com.lidong.demo;

import java.util.concurrent.Callable;

/**
 * @项目名称:lidong-dubbo
 * @类名:Task
 * @类的描述:
 * @作者:lidong
 * @创建时间:2017/2/21 下午3:42
 * @公司:chni
 * @QQ:1561281670
 * @邮箱:[email protected]
 */
public class Task implements Callable<Integer> {



    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"   子线程在进行计算开始");
        Thread.sleep(3000);
        int sum = 0;
        for(int i=0;i<100;i++)
            sum += i;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"   子线程在进行计算结束");
        return sum;
    }
}

Test.java

package com.lidong.demo;

import java.util.concurrent.*;

public class Test {


    public static void main(String[] args) {

        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        Task task = new Task();
        FutureTask futureTask = new FutureTask(task);
        executor.submit(futureTask);
        executor.shutdown();

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"  主线程在执行任务");

        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ "  task运行结果"+futureTask.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+  "  所有任务执行完毕");
    }
}

运行结果：