前言
代码写到一定程度，多线程是必须要学会的，不然就是永远的CURD咸鱼了。
生活中的多线程就像是领导一定会剥削你让你同时做多个项目一样，在处理多个任务时，如果几个项目都有待定的内容时，你就不能一直僵持在某个任务上，需要来回在这些任务间切换；当然也有可能你会阻塞在某些疑难问题上。为了防止多个领导争抢你，你得说明你正在处理某个任务，等等。
一、使用方法
public class TestFutureTask {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
// 构建task
FutureTask futureTask = new FutureTask<>(() -> {
System.out.println("任务执行中");
Thread.sleep(5000);
return "任务执行结果";
});
// 让线程去运行
Thread t0 = new Thread(futureTask, "执行任务");
t0.start();
// 让子线程去等待
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
System.out.println("t1等待");
String info = futureTask.get();
System.out.println("t1拿到: " + info);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}, "等待者1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
try {
System.out.println("t2等待");
String info = futureTask.get();
System.out.println("t2拿到: " + info);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}, "等待者2");
Thread.sleep(1000);
t1.start();
t2.start();
}
}
输出结果：
任务执行中
t1等待
t2等待
t2拿到: 任务执行结果
t1拿到: 任务执行结果
二、原理剖析
2.1状态信息
总共有7种状态
// 任务对象新建的时候处于new状态
private static final int NEW = 0;
// 这是个中间状态，因为future是有结果返回的，抛异常/赋值/唤醒过程可能会多线程冲突的问题，所以需要加一个状态
private static final int COMPLETING = 1;
// 正常状态，任务处理完毕之后就是这个状态
private static final int NORMAL = 2;
// 出现异常的时候就是这个状态
private static final int EXCEPTIONAL = 3;
// 任务取消
private static final int CANCELLED = 4;
// 任务中断中，任务取消的时候
private static final int INTERRUPTING = 5;
// 任务已经中断
private static final int INTERRUPTED = 6;
2.2构造函数
// 通过callable创建任务，通过call方法返回执行结果
public FutureTask(Callable callable) {
if (callable == null)
throw new NullPointerException();
this.callable = callable;
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
// 通过runnable创建任务，result这个传入的result负责传递引用，就是在任务执行过程中复制给它，而不是通过run方法的返回值获取结果，因为run没有返回值
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
2.3任务执行
这里只挑个主要的来说明,runAndReset是用来复用的，如上次取消了，然后再次执行，这里不做过多说明。
// 线程执行的还是run方法，说明call方法没有run方法吃香，即使是在它的领域内，哈哈
public void run() {
// 状态不是NEW的时候，通过cas判断是不是当前线程
// 就是为了防止在多个线程冲突
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 {
result = c.call();
// run的过去式，表示已经执行完了
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
// 异常抛出的时候调用setException，这个也会有唤醒能力
result = null;
ran = false;
setException(ex);
}
if (ran)
// 设置结果，具有唤醒等到线程的能力
set(result);
}
} finally {
// runner must be non-null until state is settled to
// prevent concurrent calls to run()
runner = null;
// 获取state的当前值，后面会因为任务的进行改变
int s = state;
if (s >= INTERRUPTING)
// 这里面会自旋等待最终状态，采用yield方式，yield可以让同优先级的线程获取锁的权限
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
}
2.4任务完成
// 正常线程执行完成会调用这个方法，把执行结果赋值给outcome
protected void set(V v) {
// 注意这里是没有锁的，而是采用了cas的方式，只有在更新成功的情况下会进入逻辑
if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
outcome = v;
// 赋值完成更新最后的线程状态
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
finishCompletion();
}
}
// 等待线程的唤醒以及线程执行完成的收尾工作，如辅助gc的措施
private void finishCompletion() {
// 假设 state > COMPLETING;
// 这里它没有直接获取所有waiter对象的方法，像是list那种，只能循环获取next
for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
for (;;) {
Thread t = q.thread;
// 辅助gc将指针对象置空，这样它就没有引用路径了
if (t != null) {
q.thread = null;
// 执行unpark方法，让线程执行下去
LockSupport.unpark(t);
}
// 查看下个节点是不是还是空的，如果不是空的就继续，为空就退出循环
WaitNode next = q.next;
if (next == null)
break;
// 这里同样需要将指针对象置空
q.next = null;
q = next;
}
break;
}
}
// 这个方法默认是空的，可以在继承类中实现它，然后在线程执行完成之后附加一些方法
done();
callable = null; // to reduce footprint
}
2.5get()方法获取值
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
int s = state;
// 如果还在执行中，就进入等待
if (s <= COMPLETING)
s = awaitDone(false, 0L);
return report(s);
}
// 等待方法有两个入参，一个是等待时间，还有一个是否允许等待
private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException {
final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
WaitNode q = null;
// 是否排队等待，默认为没有排队
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();
// 初始化一个等待节点，对象中包含下个节点的指针以及当前线程
else if (q == null)
q = new WaitNode();
// 第一次肯定queued=false
else if (!queued)
// this表示当前对象
// waitersOffset表示在当前对象中waiters的内存偏移量,通俗点说就是它在对象中的位置
// q.next = waiters有两个意思，让next指向waiters，同时获取waiters
// 这里的逻辑会这个新的q = new WaitNode()，放在waiters的最前面
queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
q.next = waiters, q);
// 这里按照入参要求执行park，park会释放锁，也会阻塞当前线程
// 结合finishCompletion里面的unpark完成线程的阻塞和唤醒
else if (timed) {
nanos = deadline - System.nanoTime();
if (nanos <= 0L) {
removeWaiter(q);
return state;
}
LockSupport.parkNanos(this, nanos);
}
else
LockSupport.park(this);
}
}
三、总结
总体流程为，初始化task（NEW）->run方法执行任务->get()方法获取执行结果，线程没有执行完，阻塞->线程执行完毕（COMPLETING->NORMAL），唤醒调用get方法的对象->结束
等待队列的唤醒顺序是和调用get方法的顺序反过来的，因为每次新进来的waiter都是放在最前面的