Java 7之多线程线程池 - Callable和Future

    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。

    Java 5在concurrency包中引入了java.util.concurrent.Callable 接口，它和Runnable接口很相似，但它可以返回一个对象或者抛出一个异常。

    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接口的源码如下：

public interface Callable {
    V call() throws Exception; // 计算结果
}

Future接口的源码如下：

public interface Future {
    boolean  cancel(boolean mayInterruptIfRunning);// 试图取消对此任务的执行
    boolean  isCancelled();      // 如果在任务正常完成前将其取消，则返回 true
    boolean  isDone();           // 如果任务已完成，则返回 true
    V  get() throws InterruptedException, ExecutionException; // 如有必要，等待计算完成，然后获取其结果
    // 如有必要，最多等待为使计算完成所给定的时间之后，获取其结果（如果结果可用）。
    V  get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

Future用于表示异步计算的结果。它的实现类是FutureTask。

如果不想分支线程阻塞主线程，又想取得分支线程的执行结果，就用FutureTask
FutureTask实现了RunnableFuture接口，这个接口的定义如下：

public interface RunnableFuture extends Runnable, Future {
    void run();
}

可以看到这个接口实现了Runnable和Future接口，接口中的具体实现由FutureTask来实现。这个类的两个构造方法如下 ：

public FutureTask(Callable callable) {
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        sync = new Sync(callable);
    }
    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
        sync = new Sync(Executors.callable(runnable, result));
    }

如上提供了两个构造函数，一个以Callable为参数，另外一个以Runnable为参数。这些类之间的关联对于任务建模的办法非常灵活，允许你基于FutureTask的Runnable特性（因为它实现了Runnable接口），把任务写成Callable，然后封装进一个由执行者调度并在必要时可以取消的FutureTask。

FutureTask可以由执行者调度，这一点很关键。它对外提供的方法基本上就是Future和Runnable接口的组合：get()、cancel、isDone()、isCancelled()和run()，而run()方法通常都是由执行者调用，我们基本上不需要直接调用它。

下面来看一个FutureTask的例子，如下：

public class MyCallable implements Callable {
    private long waitTime; 
    public MyCallable(int timeInMillis){ 
        this.waitTime=timeInMillis;
    }
    @Override
    public String call() throws Exception {
        Thread.sleep(waitTime);
        //return the thread name executing this callable task
        return Thread.currentThread().getName();
    }
 
}

public class FutureTaskExample {
     public static void main(String[] args) {
        MyCallable callable1 = new MyCallable(1000);                       // 要执行的任务
        MyCallable callable2 = new MyCallable(2000);

        FutureTask futureTask1 = new FutureTask(callable1);// 将Callable写的任务封装到一个由执行者调度的FutureTask对象
        FutureTask futureTask2 = new FutureTask(callable2);
 
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);        // 创建线程池并返回ExecutorService实例
        executor.execute(futureTask1);  // 执行任务
        executor.execute(futureTask2);  
         
        while (true) {
            try {
                if(futureTask1.isDone() && futureTask2.isDone()){//  两个任务都完成
                    System.out.println("Done");
                    executor.shutdown();                          // 关闭线程池和服务 
                    return;
                }
                 
                if(!futureTask1.isDone()){ // 任务1没有完成，会等待，直到任务完成
                    System.out.println("FutureTask1 output="+futureTask1.get());
                }
                 
                System.out.println("Waiting for FutureTask2 to complete");
                String s = futureTask2.get(200L, TimeUnit.MILLISECONDS);
                if(s !=null){
                    System.out.println("FutureTask2 output="+s);
                }
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(TimeoutException e){
                //do nothing
            }
        }
    }
}

运行如上程序后，可以看到一段时间内没有输出，因为get()方法等待任务执行完成然后才输出内容. 

输出结果如下：

1 2 3 4 5 6 7 8

FutureTask1 output=pool-1-thread-1 Waiting for FutureTask2 to complete Waiting for FutureTask2 to complete Waiting for FutureTask2 to complete Waiting for FutureTask2 to complete Waiting for FutureTask2 to complete FutureTask2 output=pool-1-thread-2 Done