多线程系列(十九) -Future使用详解

一、择要

在前几篇线程系列文章中，我们介绍了线程池的相关技能，任务执行类只必要实现Runnable接口，然后交给线程池，就可以轻松的实现异步执行多个任务的目标，提升步调的执行效率，好比如下异步执行任务下载。

1. // 创建一个线程池
2. ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
3. // 提交任务
4. executor.submit(new Runnable() {
6.     @Override
7.     public void run() {
8.         // 执行下载某文件任务
9.         System.out.println("执行下载某文件任务");
10.     }
11. });

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而现实上Runnable接口并不能满意全部的需求，好比有些场景下，我们想要获取任务执行的返回结果，Runnable接口因为无返回值，只能想办法通过额外的方式来写入和读取，操纵起来十分不便。
因此，从 JDK 1.5 开始，Java 标准库提供了一个Callable接口，与Runnable接口相比，它的方法上多了一个返回值；同时Callable是一个泛型接口，可以返回指定类型的结果，好比如下的实现类！

1. public class Task implements Callable<String> {
3.     @Override
4.     public String call() throws Exception {
5.         // 执行下载某文件任务
6.         System.out.println("执行下载某文件任务");
7.         return "xxx";
8.     }
9. }

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题目来了，如何获取异步执行的结果呢？
在 JDK 1.5 中，Java 标准库还提供了一个Future接口，它可以用来获取异步执行的结果。
下面我们一起来了解一下这个Future接口！
二、Future

Future接口，表示一个大概还没有完成异步任务的结果，它提供了查抄任务是否已完成、以及等待任务完成并获取结果等方法。
如果看过ExecutorService.submit()方法，会发现它的返回参数都是Future类型，Future类型的实例可以用来获取异步任务执行的结果。
下面我们先来看一个简单的示例，以便于更好的明白！

1. public class Task implements Callable<String> {
2.    
3.     @Override
4.     public String call() throws Exception {
5.         // 执行下载某文件任务，并返回文件名称
6.         System.out.println("thread name:" +  Thread.currentThread().getName() + " 开始执行下载任务");
7.         return "xxx.png";
8.     }
9. }

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1. public class FutureTest {
3.     public static void main(String[] args) throws Exception {
4.         // 创建一个线程池
5.         ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
6.         // 初始化一个任务
7.         Callable<String> task = new Task();
8.         // 提交任务并获得Future的实例
9.         Future<String> future = executor.submit(task);
10.         // 从Future获取异步执行返回的结果(可能会阻塞等待结果)
11.         String result =future.get();
12.         System.out.println("任务执行结果：" +  result);
14.         // 任务执行完毕之后，关闭线程池（可选）
15.         executor.shutdown();
16.     }
17. }

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输出结果如下：

1. thread name:pool-1-thread-1 开始执行下载任务
2. 任务执行结果：xxx.png

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从以上的示例可以清晰的看到，当必要获取异步线程的执行结果返回值时，通常必要搭配使用Future和Callable接口来实现，大体可以用如下步调来概括：

• 1.起首提交一个实现Callable接口的任务到线程池中
  
• 2.然后获取一个Future类型的对象
  
• 3.最后在主线程中调用Future对象的get()方法，如果异步任务执行完成，就可以直接获得结果；如果异步任务执行没有完成，get()方法会阻塞，直到任务执行完成后才能获取结果
  

分析源码你会发现，Callable接口主要用途是界说一个支持返回结果的方法；重点实现主要集中在Future接口上。
下面我们重点来看下Future接口方法！
2.1、Future 接口方法

方法描述get()获取结果（会阻塞等待）get(long timeout, TimeUnit unit)在指定的时间内获取结果，如果超时，会抛非常并退出等待状态cancel(boolean mayInterruptIfRunning)实验取消当前任务，当传入参数为true时，表示实验中断任务的执行，false表示不中断，继续执行直到完成，如果取消乐成，返回true；反之falseisCancelled()判断任务是否已取消isDone()判断任务是否已完成2.2、Future 接口实现类

Future本质实在是一个接口，并不是具体的实现类，真正负责工作的还是它的实现类来完成。
我们还是以上文的线程池ExecutorService.submit()方法为例，看看它用的是哪种实现类！
分析一下源码，会发现线程池用的实现类是FutureTask，关键核心源码如下：

1. protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
2.     return new FutureTask<T>(callable);
3. }

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FutureTask类是一个实现了Future接口全部功能的具体类，可直接使用它来实现获取异步任务执行的结果值。
FutureTask的工作原理实在也并不复杂，它接受一个Callable或者Runnable对象作为参数，然后在线程池执行器中执行该任务，最后通过get()方法可以同步等待获取任务的执行结果。
真正起到关键作用的是，在FutureTask内部，封装了一个状态变量，用于记录任务的状态（等待、运行、完成、取消等），以及任务执行结果或非常信息，通过该状态变量，我们可以判断任务是否已完成、以及获取任务的执行结果等信息。
因为FutureTask也实现了Runnable接口，因此我们也可以将FutureTask作为任务，提交给线程池执行器。
具体示例如下：

1. public class FutureTest {
3.     public static void main(String[] args) throws Exception {
4.         // 1.创建一个线程池
5.         ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
6.         // 2.初始化一个任务
7.         Callable<String> callable = new Task();
8.         // 3.创建FutureTask对象
9.         FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callable);
10.         // 4.提交任务给执行器执行
11.         executor.execute(futureTask);
12.         // 5.获取任务的执行结果
13.         String result = futureTask.get(3, TimeUnit.SECONDS);
14.         System.out.println("任务执行结果：" +  result);
15.         // 6.关闭线程池（可选）
16.         executor.shutdown();
17.     }
18. }

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输出结果同上！
如果想实验取消任务的执行，也可以通过如下方式来实现！

1. boolean isSuccess = futureTask.cancel(true);
2. System.out.println("任务是否取消成功：" +  isSuccess);

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除此之外，如果仔细的分析Future接口的类关系，会发现它的实现类非常的多，FutureTask只是它的一个基础实现类而已，部分类关系图如下！

其它常用实现类简介：

• CompletableFuture：支持传入回调对象，当异步任务完成或者发生非常时，自动调用回调对象的回调方法
  
• ForkJoinTask：支持把一个大任务拆成多个小任务，然后并行执行，在多核 CPU 上可以明显提升步调的执行效率
  
• ScheduledFuture：支持周期性定时的执行任务，其中ScheduledFutureTask是一个私有类，只能通过ScheduledThreadPoolExecutor初始化操纵
  

关于CompletableFuture、ForkJoinTask和ScheduledFuture，我们会在背面的文章中，再次单独介绍具体的用法。
三、小结

本文主要围绕Future接口用法做了一次简单的知识总结，其中FutureTask类是Future接口中一个非常告急的实现类，通过它可以获取异步任务执行的返回值，通常用于异步计算带有返回值的任务。
限于篇幅的原因，本文没有对FutureTask做过深入的原理解说，主要围绕具体用法进行介绍，有兴趣的朋友可以阅读这篇文章《Java的Future机制详解》，以便更清晰的了解它的实现原理。
如果有描述不对的地方，欢迎留言指出，共同进步！
四、参考

1.https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1252599548343744/1306581155184674
2.https://www.cnblogs.com/xrq730/p/4872722.html
3.https://juejin.cn/post/7231074060787908663
4.https://zhuanlan.zhihu.com/p/54459770

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