从源码角度深入解析Callable接口

摘要：从源码角度深入解析Callable接口，希望大家踏下心来，打开你的IDE，跟着文章看源码，相信你一定收获不小。

本文分享自华为云社区《一个Callable接口能有多少知识点？》，作者： 冰 河。
并发编程一直是程序员们比较头疼的，如何编写正确的并发程序相比其他程序来说，是一件比较困难的事情，并发编程中出现的 Bug 往往也是特别诡异的。
之所以说并发编程出现的 Bug 比较诡异，是因为在并发编程中，很多时候出现的 Bug 不一定能完美的复现出来，也就是说，并发编程的 Bug 是很难重现，很难追踪的。
Callable接口介绍

Callable接口是JDK1.5新增的泛型接口，在JDK1.8中，被声明为函数式接口，如下所示。

1. @FunctionalInterface
2. public interface Callable<V> {
3. V call() throws Exception;
4. }

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在JDK 1.8中只声明有一个方法的接口为函数式接口，函数式接口可以使用@FunctionalInterface注解修饰，也可以不使用@FunctionalInterface注解修饰。只要一个接口中只包含有一个方法，那么，这个接口就是函数式接口。
在JDK中，实现Callable接口的子类如下图所示。
默认的子类层级关系图看不清，这里，可以通过IDEA右键Callable接口，选择“Layout”来指定Callable接口的实现类图的不同结构，如下所示。
这里，可以选择“Organic Layout”选项，选择后的Callable接口的子类的结构如下图所示。
在实现Callable接口的子类中，有几个比较重要的类，如下图所示。
分别是：Executors类中的静态内部类：PrivilegedCallable、PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader、RunnableAdapter和Task类下的TaskCallable。
Callable接口的实现类

接下来，分析的类主要有：PrivilegedCallable、PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader、RunnableAdapter和Task类下的TaskCallable。虽然这些类在实际工作中很少被直接用到，但是作为一名合格的开发工程师，设置是秃顶的资深专家来说，了解并掌握这些类的实现有助你进一步理解Callable接口，并提高专业技能（头发再掉一批，哇哈哈哈。。。）。
PrivilegedCallable

PrivilegedCallable类是Callable接口的一个特殊实现类，它表明Callable对象有某种特权来访问系统的某种资源，PrivilegedCallable类的源代码如下所示。

1. /**
2. * A callable that runs under established access control settings
3. */
4. static final class PrivilegedCallable<T> implements Callable<T> {
5. private final Callable<T> task;
6. private final AccessControlContext acc;
7. PrivilegedCallable(Callable<T> task) {
8. this.task = task;
9. this.acc = AccessController.getContext();
10. }
11. public T call() throws Exception {
12. try {
13. return AccessController.doPrivileged(
14. new PrivilegedExceptionAction<T>() {
15. public T run() throws Exception {
16. return task.call();
17. }
18. }, acc);
19. } catch (PrivilegedActionException e) {
20. throw e.getException();
21. }
22. }
23. }

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从PrivilegedCallable类的源代码来看，可以将PrivilegedCallable看成是对Callable接口的封装，并且这个类也继承了Callable接口。
在PrivilegedCallable类中有两个成员变量，分别是Callable接口的实例对象和AccessControlContext类的实例对象，如下所示。

1. private final Callable<T> task;
2. private final AccessControlContext acc;

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其中，AccessControlContext类可以理解为一个具有系统资源访问决策的上下文类，通过这个类可以访问系统的特定资源。通过类的构造方法可以看出，在实例化AccessControlContext类的对象时，只需要传递Callable接口子类的对象即可，如下所示。

1. PrivilegedCallable(Callable<T> task) {
2. this.task = task;
3. this.acc = AccessController.getContext();
4. }

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AccessControlContext类的对象是通过AccessController类的getContext()方法获取的，这里，查看AccessController类的getContext()方法，如下所示。

1. public static AccessControlContext getContext(){
2. AccessControlContext acc = getStackAccessControlContext();
3. if (acc == null) {
4. return new AccessControlContext(null, true);
5. } else {
6. return acc.optimize();
7. }
8. }

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通过AccessController的getContext()方法可以看出，首先通过getStackAccessControlContext()方法来获取AccessControlContext对象实例。如果获取的AccessControlContext对象实例为空，则通过调用AccessControlContext类的构造方法实例化，否则，调用AccessControlContext对象实例的optimize()方法返回AccessControlContext对象实例。
这里，我们先看下getStackAccessControlContext()方法是个什么鬼。

1. private static native AccessControlContext getStackAccessControlContext();

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原来是个本地方法，方法的字面意思就是获取能够访问系统栈的决策上下文对象。
接下来，我们回到PrivilegedCallable类的call()方法，如下所示。

1. public T call() throws Exception {
2. try {
3. return AccessController.doPrivileged(
4. new PrivilegedExceptionAction<T>() {
5. public T run() throws Exception {
6. return task.call();
7. }
8. }, acc);
9. } catch (PrivilegedActionException e) {
10. throw e.getException();
11. }
12. }

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通过调用AccessController.doPrivileged()方法，传递PrivilegedExceptionAction。接口对象和AccessControlContext对象，并最终返回泛型的实例对象。
首先，看下AccessController.doPrivileged()方法，如下所示。

1. @CallerSensitive
2. public static native <T> T
3. doPrivileged(PrivilegedExceptionAction<T> action,
4. AccessControlContext context)
5. throws PrivilegedActionException;

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可以看到，又是一个本地方法。也就是说，最终的执行情况是将PrivilegedExceptionAction接口对象和AccessControlContext对象实例传递给这个本地方法执行。并且在PrivilegedExceptionAction接口对象的run()方法中调用Callable接口的call()方法来执行最终的业务逻辑，并且返回泛型对象。
PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader

此类表示为在已经建立的特定访问控制和当前的类加载器下运行的Callable类，源代码如下所示。

1. /**
2. * A callable that runs under established access control settings and
3. * current ClassLoader
4. */
5. static final class PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader<T> implements Callable<T> {
6. private final Callable<T> task;
7. private final AccessControlContext acc;
8. private final ClassLoader ccl;
9. PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader(Callable<T> task) {
10. SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
11. if (sm != null) {
12. sm.checkPermission(SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION);
13. sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader"));
14. }
15. this.task = task;
16. this.acc = AccessController.getContext();
17. this.ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
18. }
19. public T call() throws Exception {
20. try {
21. return AccessController.doPrivileged(
22. new PrivilegedExceptionAction<T>() {
23. public T run() throws Exception {
24. Thread t = Thread.currentThread();
25. ClassLoader cl = t.getContextClassLoader();
26. if (ccl == cl) {
27. return task.call();
28. } else {
29. t.setContextClassLoader(ccl);
30. try {
31. return task.call();
32. } finally {
33. t.setContextClassLoader(cl);
34. }
35. }
36. }
37. }, acc);
38. } catch (PrivilegedActionException e) {
39. throw e.getException();
40. }
41. }
42. }

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这个类理解起来比较简单，首先，在类中定义了三个成员变量，如下所示。

1. private final Callable<T> task;
2. private final AccessControlContext acc;private final ClassLoader ccl;

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接下来，通过构造方法注入Callable对象，在构造方法中，首先获取系统安全管理器对象实例，通过系统安全管理器对象实例检查是否具有获取ClassLoader和设置ContextClassLoader的权限。并在构造方法中为三个成员变量赋值，如下所示。

1. PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader(Callable<T> task) {
2. SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
3. if (sm != null) {
4. sm.checkPermission(SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION);
5. sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader"));
6. }
7. this.task = task;
8. this.acc = AccessController.getContext();
9. this.ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
10. }

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接下来，通过调用call()方法来执行具体的业务逻辑，如下所示。

1. public T call() throws Exception {
2. try {
3. return AccessController.doPrivileged(
4. new PrivilegedExceptionAction<T>() {
5. public T run() throws Exception {
6. Thread t = Thread.currentThread();
7. ClassLoader cl = t.getContextClassLoader();
8. if (ccl == cl) {
9. return task.call();
10. } else {
11. t.setContextClassLoader(ccl);
12. try {
13. return task.call();
14. } finally {
15. t.setContextClassLoader(cl);
16. }
17. }
18. }
19. }, acc);
20. } catch (PrivilegedActionException e) {
21. throw e.getException();
22. }
23. }

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在call()方法中同样是通过调用AccessController类的本地方法doPrivileged，传递PrivilegedExceptionAction接口的实例对象和AccessControlContext类的对象实例。
具体执行逻辑为：在PrivilegedExceptionAction对象的run()方法中获取当前线程的ContextClassLoader对象，如果在构造方法中获取的ClassLoader对象与此处的ContextClassLoader对象是同一个对象（不止对象实例相同，而且内存地址也相同），则直接调用Callable对象的call()方法返回结果。否则，将PrivilegedExceptionAction对象的run()方法中的当前线程的ContextClassLoader设置为在构造方法中获取的类加载器对象，接下来，再调用Callable对象的call()方法返回结果。最终将当前线程的ContextClassLoader重置为之前的ContextClassLoader。
RunnableAdapter

RunnableAdapter类比较简单，给定运行的任务和结果，运行给定的任务并返回给定的结果，源代码如下所示。

1. /**
2. * A callable that runs given task and returns given result
3. */
4. static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
5. final Runnable task;
6. final T result;
7. RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
8. this.task = task;
9. this.result = result;
10. }
11. public T call() {
12. task.run();
13. return result;
14. }
15. }

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TaskCallable

TaskCallable类是javafx.concurrent.Task类的静态内部类，TaskCallable类主要是实现了Callable接口并且被定义为FutureTask的类，并且在这个类中允许我们拦截call()方法来更新task任务的状态。源代码如下所示。

1. private static final class TaskCallable<V> implements Callable<V> {
2. private Task<V> task;
3. private TaskCallable() { }
4. @Override
5. public V call() throws Exception {
6. task.started = true;
7. task.runLater(() -> {
8. task.setState(State.SCHEDULED);
9. task.setState(State.RUNNING);
10. });
11. try {
12. final V result = task.call();
13. if (!task.isCancelled()) {
14. task.runLater(() -> {
15. task.updateValue(result);
16. task.setState(State.SUCCEEDED);
17. });
18. return result;
19. } else {
20. return null;
21. }
22. } catch (final Throwable th) {
23. task.runLater(() -> {
24. task._setException(th);
25. task.setState(State.FAILED);
26. });
27. if (th instanceof Exception) {
28. throw (Exception) th;
29. } else {
30. throw new Exception(th);
31. }
32. }
33. }
34. }

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从TaskCallable类的源代码可以看出，只定义了一个Task类型的成员变量。下面主要分析TaskCallable类的call()方法。
当程序的执行进入到call()方法时，首先将task对象的started属性设置为true，表示任务已经开始，并且将任务的状态依次设置为State.SCHEDULED和State.RUNNING，依次触发任务的调度事件和运行事件。如下所示。

1. task.started = true;
2. task.runLater(() -> {
3. task.setState(State.SCHEDULED);
4. task.setState(State.RUNNING);
5. });

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接下来，在try代码块中执行Task对象的call()方法，返回泛型对象。如果任务没有被取消，则更新任务的缓存，将调用call()方法返回的泛型对象绑定到Task对象中的ObjectProperty对象中，其中，ObjectProperty在Task类中的定义如下。

1. private final ObjectProperty<V> value = new SimpleObjectProperty<>(this, "value");

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接下来，将任务的状态设置为成功状态。如下所示。

1. try {
2. final V result = task.call();
3. if (!task.isCancelled()) {
4. task.runLater(() -> {
5. task.updateValue(result);
6. task.setState(State.SUCCEEDED);
7. });
8. return result;
9. } else {
10. return null;
11. }
12. }

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如果程序抛出了异常或者错误，会进入catch()代码块，设置Task对象的Exception信息并将状态设置为State.FAILED，也就是将任务标记为失败。接下来，判断异常或错误的类型，如果是Exception类型的异常，则直接强转为Exception类型的异常并抛出。否则，将异常或者错误封装为Exception对象并抛出，如下所示。

1. catch (final Throwable th) {
2. task.runLater(() -> {
3. task._setException(th);
4. task.setState(State.FAILED);
5. });
6. if (th instanceof Exception) {
7. throw (Exception) th;
8. } else {
9. throw new Exception(th);
10. }
11. }

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