併發基礎（一）FutureTask

 

FutureTask被設計爲一個可刪除的異步計算任務，實現了RunnableFuture接口，提供了一系列方法來啓動、刪除任務、查詢當前的計算狀態，以及取回計算結果。要取回結果只能等到任務完成，由於取回結果的方法get(..)是一個阻塞方法，計算沒結束時會一直等到結束，或超時、或中斷。

FutureTask能夠包裝Callable或Runnable對象，而後能夠提交給Executors來執行。

FutureTask提供了protected方法好比done(), 用戶可在這些方法中定製任務。

run(), 是在Task線程（而非下發任務的線程）裏運行的， c.call()是核心業務方法（所謂的計算）

public void run() {
        if (state != NEW ||
            !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                         null, Thread.currentThread()))
            return;
        try {
            Callable<V> c = callable;
            if (c != null && state == NEW) {
                V result;
                boolean ran;
                try {
                    result = c.call();
                    ran = true;
                } catch (Throwable ex) {
                    result = null;
                    ran = false;
                    setException(ex);
                }
                if (ran)
                    set(result);
            }
        } finally {
            // runner must be non-null until state is settled to
            // prevent concurrent calls to run()
            runner = null;
            // state must be re-read after nulling runner to prevent
            // leaked interrupts
            int s = state;
            if (s >= INTERRUPTING)
                handlePossibleCancellationInterrupt(s);
        }
    }

計算結束後調用set設置結果：

protected void set(V v) {
        if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
            outcome = v;
            UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
            finishCompletion();
        }
    }

sdk5開始，concurrent包中的併發處理大量使用了CAS， 這裏set方法也用CAS來改變任務執行的狀態（注意當前代碼是在Task線程裏執行的），stateOffset是當前任務的狀態標誌state在FutureTask對象中的偏移量。

    private volatile int state;
    private static final int NEW          = 0;
    private static final int COMPLETING   = 1;
    private static final int NORMAL       = 2;
    private static final int EXCEPTIONAL  = 3;
    private static final int CANCELLED    = 4;
    private static final int INTERRUPTING = 5;
    private static final int INTERRUPTED  = 6;

    ...
    
// Unsafe mechanics
    private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
    private static final long stateOffset;
    private static final long runnerOffset;
    private static final long waitersOffset;
    static {
        try {
            UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
            Class<?> k = FutureTask.class;
            stateOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
                (k.getDeclaredField("state"));
            runnerOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
                (k.getDeclaredField("runner"));
            waitersOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
                (k.getDeclaredField("waiters"));
        } catch (Exception e) {
            throw new Error(e);
        }
    }

任務完成後會釋放等待結果的線程（通常是下發任務的線程），finishCompletion()是Treiber算法的實現，它的做用就是實現一個線程安全的非阻塞式的棧 。 那麼這些阻塞的線程哪裏來的呢？ 前面說過，取得結果的get方法是個阻塞方法，若是在計算有結果前調用會致使等待。

/**
     * Removes and signals all waiting threads, invokes done(), and
     * nulls out callable.
     */
    private void finishCompletion() {
        // assert state > COMPLETING;
        for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
            if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
                for (;;) {
                    Thread t = q.thread;
                    if (t != null) {
                        q.thread = null;
                        LockSupport.unpark(t);
                    }
                    WaitNode next = q.next;
                    if (next == null)
                        break;
                    q.next = null; // unlink to help gc
                    q = next;
                }
                break;
            }
        }

        done();

        callable = null;        // to reduce footprint
    }

get方法能夠設置超時時間。從其調用的awaitDone方法能夠看出，若是尚未計算結果的話， 等待結果的線程，即調用get方法的線程（通常是下發任務的線程）會經過LockSuppport類掛起。 這裏也用到了CAS， 有CAS的場景通常就會出現while（true） 或 for(;;)這樣的循環 ==！。 到這裏，回頭看一下前面的finishCompletion()方法，整個流程基本就清楚了。

public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
        int s = state;
        if (s <= COMPLETING)
            s = awaitDone(false, 0L);
        return report(s);
    }

    /**
     * @throws CancellationException {@inheritDoc}
     */
    public V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
        if (unit == null)
            throw new NullPointerException();
        int s = state;
        if (s <= COMPLETING &&
            (s = awaitDone(true, unit.toNanos(timeout))) <= COMPLETING)
            throw new TimeoutException();
        return report(s);
    }
    
    /**
     * 等待結果完成、或者被意外中斷、或者等待超時.
     *
     * @param timed true if use timed waits
     * @param nanos time to wait, if timed
     * @return state upon completion
     */
    private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException {
        final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
        WaitNode q = null;
        boolean queued = false;
        for (;;) {
            if (Thread.interrupted()) {
                removeWaiter(q);
                throw new InterruptedException();
            }

            int s = state;
            if (s > COMPLETING) {
                if (q != null)
                    q.thread = null;
                return s;
            }
            else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
                Thread.yield();
            else if (q == null)
                q = new WaitNode();
            else if (!queued)
                queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
                                                     q.next = waiters, q);
            else if (timed) {
                nanos = deadline - System.nanoTime();
                if (nanos <= 0L) {
                    removeWaiter(q);
                    return state;
                }
                LockSupport.parkNanos(this, nanos);
            }
            else
                LockSupport.park(this);
        }
    }