Java并发基础：FutureTask全面解析！

内容概要

FutureTask结合了Future和Runnable接口，它能够异步执行任务，提高程序响应性，可以获取任务执行结果，并且支持任务取消机制，提高了灵活性，同时，它简化了并发编程，使多线程开发更加便捷。

核心概念

FutureTask主要用来解决异步计算的问题，它提供了一种便捷的方式，可以将耗时的计算任务提交给另一个线程去执行，而当前线程可以继续执行其他任务，从而实现并发执行的效果，它实现了Future和Runnable接口，因此它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到计算结果，当把FutureTask提交给ExecutorService执行后，它会返回一个表示异步计算结果的Future对象，这个Future对象检查计算是否完成，并获取计算的结果。

FutureTask主要用来解决以下问题：

1. 异步执行：当有一个耗时的计算任务，并且不想阻塞当前线程的执行时，可以使用FutureTask将任务提交给另一个线程去执行，这样，当前线程可以继续执行其他任务，提高了整体的执行效率。
2. 获取计算结果：FutureTask提供了检查计算是否完成，并获取计算结果的方法，可以使用Future.get()方法来获取计算结果，如果计算还没有完成，这个方法会阻塞，直到计算完成为止。这使得可以在需要的时候方便地获取异步计算的结果。
3. 异常处理：如果异步计算抛出了异常，那么调用Future.get()方法时会抛出ExecutionException，这样，可以在获取计算结果的同时，方便地处理异步计算中可能出现的异常。
4. 任务取消：通过Future.cancel()方法，可以取消还没有开始的或者正在进行的异步计算，这为提供了更多的灵活性，可以根据需要动态地控制异步计算的执行。

代码案例

import java.util.concurrent.*;  
  
// 定义一个Callable任务，它实现了call()方法，该方法有返回值  
class MyCallableTask implements Callable<Integer> {  
    private int num;  
  
    public MyCallableTask(int num) {  
        this.num = num;  
    }  
  
    @Override  
    public Integer call() throws Exception {  
        // 模拟耗时操作，比如计算一个数的平方  
        int result = num * num;  
        System.out.println("计算完成: " + result);  
        return result;  
    }  
}  
  
public class FutureTaskDemo {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        // 创建一个ExecutorService，用于执行异步任务  
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();  
  
        // 创建一个Callable任务实例  
        Callable<Integer> callableTask = new MyCallableTask(5);  
  
        // 使用FutureTask包装Callable任务  
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callableTask);  
  
        // 提交FutureTask到ExecutorService中执行，但是这里有个问题：  
        // executor.submit(futureTask); // 这行代码实际上是错误的，因为futureTask已经被明确指定了任务  
  
        // 正确的做法是直接提交Callable任务给ExecutorService，并获得Future引用  
        Future<Integer> future = executor.submit(callableTask);  
  
        // 在这里可以做其他事情，而Callable任务在另一个线程中异步执行  
  
        try {  
            // 获取异步计算的结果，如果计算还没完成，get()方法会阻塞  
            Integer result = future.get(); // 注意这里使用的是future，而不是futureTask  
            System.out.println("获取到的结果是: " + result);  
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {  
            // 处理可能的异常  
            e.printStackTrace();  
        } finally {  
            // 关闭ExecutorService  
            executor.shutdown();  
        }  
    }  
}

在上述代码中：

1. MyCallableTask类实现了Callable接口，并覆盖了call()方法，该方法计算一个数的平方并返回结果。
2. FutureTaskDemo类的main方法中，创建一个ExecutorService实例，用于执行异步任务。
3. 然后，创建一个Callable任务实例，并使用FutureTask将其包装起来，将FutureTask提交到ExecutorService中执行。
4. 最后，通过调用futureTask.get()方法来获取异步计算的结果，如果计算还没完成，get()方法会阻塞，直到结果可用为止。

代码输出如下结果：

计算完成: 25  
获取到的结果是: 25

核心API

FutureTask 它实现了 Future 和 Runnable 接口，因此既可以作为异步计算的结果，也可以作为 Runnable 被执行，FutureTask 通常用于那些需要计算结果的异步计算场景，下面是 FutureTask 中一些重要方法的简要说明：

1. FutureTask(Callable callable) 构造函数
   • 创建一个 FutureTask，该任务将调用给定的 Callable 对象来计算其结果。
2. void run()
   • 开始执行计算任务，这个方法通常在另一个线程中调用，例如在通过 Thread 类或者 Executor 框架提交任务时。
3. V get()
   • 获取计算结果，如果计算还没有完成，这个方法会阻塞直到计算完成。
4. V get(long timeout, TimeUnit unit)
   • 尝试在给定的时间内获取计算结果，如果计算在这段时间内完成，返回结果；否则，抛出 TimeoutException。
5. boolean isDone()
   • 检查计算是否已经完成，如果完成，返回 true；否则，返回 false。
6. boolean isCancelled()
   • 检查任务是否被取消，如果任务在开始前被取消，或者在执行过程中被中断并且还没有完成，那么这个方法返回 true。
7. boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)
   • 尝试取消任务的执行，如果任务还没有开始，或者如果 mayInterruptIfRunning 为 true 并且任务正在运行，那么这个方法会尝试中断正在执行任务的线程。如果任务被成功取消，返回 true；否则，返回 false。

核心总结

FutureTask允许将耗时的任务放到后台异步执行，不阻塞主线程，提升系统响应性，当任务完成后，可以方便地获取计算结果，无需额外的同步措施，它还提供了取消机制，能够中途终止任务的执行。但是使用FutureTask时需要注意，它的get方法只能调用一次以获取结果，重复调用会抛出异常，如果异步任务中抛出异常，只有在调用get方法时才会抛出ExecutionException，异常处理的时机与位置可能不那么直观。

个人思考

RunnableFuture和Future有什么区别？

在Java中，Future接口和RunnableFuture接口都是与并发编程相关的接口，它们用于处理异步计算的结果，但是他们在使用场景上有这明显的接区别，如下：

1. Future接口：

   • Future接口表示异步计算的结果，它提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并检索计算的结果。
   • Future.get()方法用于获取计算的结果。如果计算还没有完成，这个方法会阻塞直到计算完成。
   • Future.isDone()方法用于检查计算是否已经完成。
   • Future.cancel()方法用于取消计算，如果计算还没有开始，那么这个计算将不会进行，如果计算已经在进行，那么这个方法可能无法停止计算，具体取决于具体的实现和计算能力。
   • Future接口不能直接运行，它只是一个表示可能还没有完成的异步计算的结果的占位符，要运行任务并获取Future对象，通常需要将任务提交给ExecutorService。

2. RunnableFuture接口：

   • RunnableFuture接口扩展了Runnable和Future接口，这意味着它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future来获取执行结果。
   • RunnableFuture.run()方法是Runnable接口的一部分，用于执行异步计算。
   • 与Future接口一样，RunnableFuture也提供了get()，isDone()和cancel()等方法来检查计算的状态，获取结果或取消计算。
   • 与Future不同的是，RunnableFuture可以被直接执行，这意味着可以创建一个RunnableFuture的实现，将其传递给一个线程来执行，而不必通过ExecutorService。

3. 核心区别

   • RunnableFuture是Future的一个扩展，它添加了Runnable接口的功能，因此可以被直接执行，这使得RunnableFuture更加灵活，因为它既可以被线程直接执行，又可以作为Future来管理和获取结果。

   • 通常，不会直接使用RunnableFuture，而是使用FutureTask这个RunnableFuture的实现类，FutureTask允许将Callable或Runnable任务封装为一个可以被线程执行的对象，并且可以通过Future接口获取任务的结果。

END!