從源碼角度詳解Java的Callable接口

摘要：本文從源碼角度深刻解析Callable接口。

本文分享自華爲雲社區《深刻解析Callable接口》，做者：冰河。java

本文純乾貨，從源碼角度深刻解析Callable接口，但願你們踏下心來，打開你的IDE，跟着文章看源碼，相信你必定收穫不小。緩存

1.Callable接口介紹

Callable接口是JDK1.5新增的泛型接口，在JDK1.8中，被聲明爲函數式接口，以下所示。安全

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

在JDK 1.8中只聲明有一個方法的接口爲函數式接口，函數式接口能夠使用@FunctionalInterface註解修飾，也能夠不使用@FunctionalInterface註解修飾。只要一個接口中只包含有一個方法，那麼，這個接口就是函數式接口。ide

在JDK中，實現Callable接口的子類以下圖所示。函數

默認的子類層級關係圖看不清，這裏，能夠經過IDEA右鍵Callable接口，選擇「Layout」來指定Callable接口的實現類圖的不一樣結構，以下所示。this

這裏，能夠選擇「Organic Layout」選項，選擇後的Callable接口的子類的結構以下圖所示。url

在實現Callable接口的子類中，有幾個比較重要的類，以下圖所示。spa

分別是：Executors類中的靜態內部類：PrivilegedCallable、PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader、RunnableAdapter和Task類下的TaskCallable。.net

2.實現Callable接口的重要類分析

接下來，分析的類主要有：PrivilegedCallable、PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader、RunnableAdapter和Task類下的TaskCallable。雖然這些類在實際工做中不多被直接用到，可是做爲一名合格的開發工程師，設置是禿頂的資深專家來講，瞭解並掌握這些類的實現有助你進一步理解Callable接口，並提升專業技能（頭髮再掉一批，哇哈哈哈。。。）。線程

PrivilegedCallable

PrivilegedCallable類是Callable接口的一個特殊實現類，它代表Callable對象有某種特權來訪問系統的某種資源，PrivilegedCallable類的源代碼以下所示。

/**
 * A callable that runs under established access control settings
 */
static final class PrivilegedCallable<T> implements Callable<T> {
	private final Callable<T> task;
	private final AccessControlContext acc;

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

	public T call() throws Exception {
		try {
			return AccessController.doPrivileged(
				new PrivilegedExceptionAction<T>() {
					public T run() throws Exception {
						return task.call();
					}
				}, acc);
		} catch (PrivilegedActionException e) {
			throw e.getException();
		}
	}
}

從PrivilegedCallable類的源代碼來看，能夠將PrivilegedCallable當作是對Callable接口的封裝，而且這個類也繼承了Callable接口。

在PrivilegedCallable類中有兩個成員變量，分別是Callable接口的實例對象和AccessControlContext類的實例對象，以下所示。

private final Callable<T> task;
private final AccessControlContext acc;

其中，AccessControlContext類能夠理解爲一個具備系統資源訪問決策的上下文類，經過這個類能夠訪問系統的特定資源。經過類的構造方法能夠看出，在實例化AccessControlContext類的對象時，只須要傳遞Callable接口子類的對象便可，以下所示。

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

AccessControlContext類的對象是經過AccessController類的getContext()方法獲取的，這裏，查看AccessController類的getContext()方法，以下所示。

public static AccessControlContext getContext(){
	AccessControlContext acc = getStackAccessControlContext();
	if (acc == null) {
		return new AccessControlContext(null, true);
	} else {
		return acc.optimize();
	}
}

經過AccessController的getContext()方法能夠看出，首先經過getStackAccessControlContext()方法來獲取AccessControlContext對象實例。若是獲取的AccessControlContext對象實例爲空，則經過調用AccessControlContext類的構造方法實例化，不然，調用AccessControlContext對象實例的optimize()方法返回AccessControlContext對象實例。

這裏，咱們先看下getStackAccessControlContext()方法是個什麼鬼。

private static native AccessControlContext getStackAccessControlContext();

原來是個本地方法，方法的字面意思就是獲取可以訪問系統棧的決策上下文對象。

接下來，咱們回到PrivilegedCallable類的call()方法，以下所示。

public T call() throws Exception {
	try {
		return AccessController.doPrivileged(
			new PrivilegedExceptionAction<T>() {
				public T run() throws Exception {
					return task.call();
				}
			}, acc);
	} catch (PrivilegedActionException e) {
		throw e.getException();
	}
}

經過調用AccessController.doPrivileged()方法，傳遞PrivilegedExceptionAction。接口對象和AccessControlContext對象，並最終返回泛型的實例對象。

首先，看下AccessController.doPrivileged()方法，以下所示。

@CallerSensitive
public static native <T> T
    doPrivileged(PrivilegedExceptionAction<T> action,
                 AccessControlContext context)
    throws PrivilegedActionException;

能夠看到，又是一個本地方法。也就是說，最終的執行狀況是將PrivilegedExceptionAction接口對象和AccessControlContext對象實例傳遞給這個本地方法執行。而且在PrivilegedExceptionAction接口對象的run()方法中調用Callable接口的call()方法來執行最終的業務邏輯，而且返回泛型對象。

PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader

此類表示爲在已經創建的特定訪問控制和當前的類加載器下運行的Callable類，源代碼以下所示。

/**
 * A callable that runs under established access control settings and
 * current ClassLoader
 */
static final class PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader<T> implements Callable<T> {
	private final Callable<T> task;
	private final AccessControlContext acc;
	private final ClassLoader ccl;

	PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader(Callable<T> task) {
		SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
		if (sm != null) {
			sm.checkPermission(SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION);
			sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader"));
		}
		this.task = task;
		this.acc = AccessController.getContext();
		this.ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
	}

	public T call() throws Exception {
		try {
			return AccessController.doPrivileged(
				new PrivilegedExceptionAction<T>() {
					public T run() throws Exception {
						Thread t = Thread.currentThread();
						ClassLoader cl = t.getContextClassLoader();
						if (ccl == cl) {
							return task.call();
						} else {
							t.setContextClassLoader(ccl);
							try {
								return task.call();
							} finally {
								t.setContextClassLoader(cl);
							}
						}
					}
				}, acc);
		} catch (PrivilegedActionException e) {
			throw e.getException();
		}
	}
}

這個類理解起來比較簡單，首先，在類中定義了三個成員變量，以下所示。

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

接下來，經過構造方法注入Callable對象，在構造方法中，首先獲取系統安全管理器對象實例，經過系統安全管理器對象實例檢查是否具備獲取ClassLoader和設置ContextClassLoader的權限。並在構造方法中爲三個成員變量賦值，以下所示。

PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader(Callable<T> task) {
	SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
	if (sm != null) {
		sm.checkPermission(SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION);
		sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader"));
	}
	this.task = task;
	this.acc = AccessController.getContext();
	this.ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
}

接下來，經過調用call()方法來執行具體的業務邏輯，以下所示。

public T call() throws Exception {
	try {
		return AccessController.doPrivileged(
			new PrivilegedExceptionAction<T>() {
				public T run() throws Exception {
					Thread t = Thread.currentThread();
					ClassLoader cl = t.getContextClassLoader();
					if (ccl == cl) {
						return task.call();
					} else {
						t.setContextClassLoader(ccl);
						try {
							return task.call();
						} finally {
							t.setContextClassLoader(cl);
						}
					}
				}
			}, acc);
	} catch (PrivilegedActionException e) {
		throw e.getException();
	}
}

在call()方法中一樣是經過調用AccessController類的本地方法doPrivileged，傳遞PrivilegedExceptionAction接口的實例對象和AccessControlContext類的對象實例。

具體執行邏輯爲：在PrivilegedExceptionAction對象的run()方法中獲取當前線程的ContextClassLoader對象，若是在構造方法中獲取的ClassLoader對象與此處的ContextClassLoader對象是同一個對象（不止對象實例相同，並且內存地址也相同），則直接調用Callable對象的call()方法返回結果。不然，將PrivilegedExceptionAction對象的run()方法中的當前線程的ContextClassLoader設置爲在構造方法中獲取的類加載器對象，接下來，再調用Callable對象的call()方法返回結果。最終將當前線程的ContextClassLoader重置爲以前的ContextClassLoader。

RunnableAdapter

RunnableAdapter類比較簡單，給定運行的任務和結果，運行給定的任務並返回給定的結果，源代碼以下所示。

/**
 * A callable that runs given task and returns given result
 */
static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
	final Runnable task;
	final T result;
	RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
		this.task = task;
		this.result = result;
	}
	public T call() {
		task.run();
		return result;
	}
}

TaskCallable

TaskCallable類是javafx.concurrent.Task類的靜態內部類，TaskCallable類主要是實現了Callable接口而且被定義爲FutureTask的類，而且在這個類中容許咱們攔截call()方法來更新task任務的狀態。源代碼以下所示。

private static final class TaskCallable<V> implements Callable<V> {

	private Task<V> task;
	private TaskCallable() { }

	@Override 
	public V call() throws Exception {
		task.started = true;
		task.runLater(() -> {
			task.setState(State.SCHEDULED);
			task.setState(State.RUNNING);
		});
		try {
			final V result = task.call();
			if (!task.isCancelled()) {
				task.runLater(() -> {
					task.updateValue(result);
					task.setState(State.SUCCEEDED);
				});
				return result;
			} else {
				return null;
			}
		} catch (final Throwable th) {
			task.runLater(() -> {
				task._setException(th);
				task.setState(State.FAILED);
			});
			if (th instanceof Exception) {
				throw (Exception) th;
			} else {
				throw new Exception(th);
			}
		}
	}
}

從TaskCallable類的源代碼能夠看出，只定義了一個Task類型的成員變量。下面主要分析TaskCallable類的call()方法。

當程序的執行進入到call()方法時，首先將task對象的started屬性設置爲true，表示任務已經開始，而且將任務的狀態依次設置爲State.SCHEDULED和State.RUNNING，依次觸發任務的調度事件和運行事件。以下所示。

task.started = true;
task.runLater(() -> {
	task.setState(State.SCHEDULED);
	task.setState(State.RUNNING);
});

接下來，在try代碼塊中執行Task對象的call()方法，返回泛型對象。若是任務沒有被取消，則更新任務的緩存，將調用call()方法返回的泛型對象綁定到Task對象中的ObjectProperty<V>對象中，其中，ObjectProperty<V>在Task類中的定義以下。

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

接下來，將任務的狀態設置爲成功狀態。以下所示。

try {
	final V result = task.call();
	if (!task.isCancelled()) {
		task.runLater(() -> {
			task.updateValue(result);
			task.setState(State.SUCCEEDED);
		});
		return result;
	} else {
		return null;
	}
}

若是程序拋出了異常或者錯誤，會進入catch()代碼塊，設置Task對象的Exception信息並將狀態設置爲State.FAILED，也就是將任務標記爲失敗。接下來，判斷異常或錯誤的類型，若是是Exception類型的異常，則直接強轉爲Exception類型的異常並拋出。不然，將異常或者錯誤封裝爲Exception對象並拋出，以下所示。

catch (final Throwable th) {
	task.runLater(() -> {
		task._setException(th);
		task.setState(State.FAILED);
	});
	if (th instanceof Exception) {
		throw (Exception) th;
	} else {
		throw new Exception(th);
	}
}

好了，今天就到這兒吧，我是冰河，咱們下期見~~

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