Java多線程-Callable和Future

Callable和Future出現的緣由

建立線程的2種方式，一種是直接繼承Thread，另一種就是實現Runnable接口。
這2種方式都有一個缺陷就是：在執行完任務以後沒法獲取執行結果。
若是須要獲取執行結果，就必須經過共享變量或者使用線程通訊的方式來達到效果，這樣使用起來就比較麻煩。
自從Java 1.5開始，就提供了Callable和Future，經過它們能夠在任務執行完畢以後獲得任務執行結果。

Callable和Future介紹

Callable接口表明一段能夠調用並返回結果的代碼;Future接口表示異步任務，是尚未完成的任務給出的將來結果。因此說Callable用於產生結果，Future用於獲取結果。
Callable接口使用泛型去定義它的返回類型。Executors類提供了一些有用的方法在線程池中執行Callable內的任務。因爲Callable任務是並行的（並行就是總體看上去是並行的，其實在某個時間點只有一個線程在執行），咱們必須等待它返回的結果。
java.util.concurrent.Future對象爲咱們解決了這個問題。在線程池提交Callable任務後返回了一個Future對象，使用它能夠知道Callable任務的狀態和獲得Callable返回的執行結果。Future提供了get()方法讓咱們能夠等待Callable結束並獲取它的執行結果。

Callable與Runnable

java.lang.Runnable吧，它是一個接口，在它裏面只聲明瞭一個run()方法：

public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

　因爲run()方法返回值爲void類型，因此在執行完任務以後沒法返回任何結果。

　Callable位於java.util.concurrent包下，它也是一個接口，在它裏面也只聲明瞭一個方法，只不過這個方法叫作call()：

public interface Callable<V> {
    /**
     * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
     *
     * @return computed result
     * @throws Exception if unable to compute a result
     */
    V call() throws Exception;
}

這是一個泛型接口，call()函數返回的類型就是傳遞進來的V類型。

Callable的使用

通常狀況下是配合ExecutorService來使用的，在ExecutorService接口中聲明瞭若干個submit方法的重載版本。

<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
Future<?> submit(Runnable task);

第一個submit方法裏面的參數類型就是Callable。

暫時只須要知道Callable通常是和ExecutorService配合來使用的，具體的使用方法講在後面講述。

通常狀況下咱們使用第一個submit方法和第三個submit方法，第二個submit方法不多使用。

Future

Future就是對於具體的Runnable或者Callable任務的執行結果進行取消、查詢是否完成、獲取結果。必要時能夠經過get方法獲取執行結果，該方法會阻塞直到任務返回結果。

Future類位於java.util.concurrent包下，它是一個接口：

public interface Future<V> {
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    boolean isCancelled();
    boolean isDone();
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

在Future接口中聲明瞭5個方法，下面依次解釋每一個方法的做用

• cancel方法用來取消任務，若是取消任務成功則返回true，若是取消任務失敗則返回false。參數mayInterruptIfRunning表示是否容許取消正在執行卻沒有執行完畢的任務，若是設置true，則表示能夠取消正在執行過程當中的任務。若是任務已經完成，則不管mayInterruptIfRunning爲true仍是false，此方法確定返回false，即若是取消已經完成的任務會返回false；若是任務正在執行，若mayInterruptIfRunning設置爲true，則返回true，若mayInterruptIfRunning設置爲false，則返回false；若是任務尚未執行，則不管mayInterruptIfRunning爲true仍是false，確定返回true。
• isCancelled方法表示任務是否被取消成功，若是在任務正常完成前被取消成功，則返回 true。
• isDone方法表示任務是否已經完成，若任務完成，則返回true；
• get()方法用來獲取執行結果，這個方法會產生阻塞，會一直等到任務執行完畢才返回；
• get(long timeout, TimeUnit unit)用來獲取執行結果，若是在指定時間內，還沒獲取到結果，就直接返回null。

Future提供了三種功能：

1. 判斷任務是否完成；
2. 可以中斷任務；

3. 可以獲取任務執行結果。

   由於Future只是一個接口，因此是沒法直接用來建立對象使用的，所以就有了下面的FutureTask。

   FutureTask

   FutureTask實現了RunnableFuture接口，這個接口的定義以下：

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {  
    void run();  
}

能夠看到這個接口實現了Runnable和Future接口，接口中的具體實現由FutureTask來實現。這個類的兩個構造方法以下 ：

public FutureTask(Callable<V> callable) {  
        if (callable == null)  
            throw new NullPointerException();  
        sync = new Sync(callable);  
    }  
    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {  
        sync = new Sync(Executors.callable(runnable, result));  
    }

如上提供了兩個構造函數，一個以Callable爲參數，另一個以Runnable爲參數。這些類之間的關聯對於任務建模的辦法很是靈活，容許你基於FutureTask的Runnable特性（由於它實現了Runnable接口），把任務寫成Callable，而後封裝進一個由執行者調度並在必要時能夠取消的FutureTask。

FutureTask能夠由執行者調度，這一點很關鍵。它對外提供的方法基本上就是Future和Runnable接口的組合：get()、cancel、isDone()、isCancelled()和run()，而run()方法一般都是由執行者調用，咱們基本上不須要直接調用它。

FutureTask的例子

public class MyCallable implements Callable<String> {  
    private long waitTime;   
    public MyCallable(int timeInMillis){   
        this.waitTime=timeInMillis;  
    }  
    @Override  
    public String call() throws Exception {  
        Thread.sleep(waitTime);  
        //return the thread name executing this callable task  
        return Thread.currentThread().getName();  
    }  

}

public class FutureTaskExample {  
     public static void main(String[] args) {  
        MyCallable callable1 = new MyCallable(1000);                       // 要執行的任務  
        MyCallable callable2 = new MyCallable(2000);  

        FutureTask<String> futureTask1 = new FutureTask<String>(callable1);// 將Callable寫的任務封裝到一個由執行者調度的FutureTask對象  
        FutureTask<String> futureTask2 = new FutureTask<String>(callable2);  

        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);        // 建立線程池並返回ExecutorService實例  
        executor.execute(futureTask1);  // 執行任務  
        executor.execute(futureTask2);    

        while (true) {  
            try {  
                if(futureTask1.isDone() && futureTask2.isDone()){//  兩個任務都完成  
                    System.out.println("Done");  
                    executor.shutdown();                          // 關閉線程池和服務   
                    return;  
                }  

                if(!futureTask1.isDone()){ // 任務1沒有完成，會等待，直到任務完成  
                    System.out.println("FutureTask1 output="+futureTask1.get());  
                }  

                System.out.println("Waiting for FutureTask2 to complete");  
                String s = futureTask2.get(200L, TimeUnit.MILLISECONDS);  
                if(s !=null){  
                    System.out.println("FutureTask2 output="+s);  
                }  
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }catch(TimeoutException e){  
                //do nothing  
            }  
        }  
    }  
}