java多线程之Future和FutureTask使用实例

  • 更新时间:2022-07-27 14:27:58
  • 编辑:庾紫菱
给大家整理一篇java相关的编程文章,网友曹胤雅根据主题投稿了本篇教程内容,涉及到java多线程、Future、FutureTask、java多线程Future FutureTask相关内容,已被668网友关注,涉猎到的知识点内容可以在下方电子书获得。
JAVA核心技术卷2:高级特征(第8版)
JAVA核心技术卷2:高级特征(第8版)
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java多线程Future FutureTask

Executor框架使用Runnable 作为其基本的任务表示形式。Runnable是一种有局限性的抽象,然后可以写入日志,或者共享的数据结构,但是他不能返回一个值。

许多任务实际上都是存在延迟计算的:执行数据库查询,从网络上获取资源,或者某个复杂耗时的计算。对于这种任务,Callable是一个更好的抽象,他能返回一个值,并可能抛出一个异常。Future表示一个任务的周期,并提供了相应的方法来判断是否已经完成或者取消,以及获取任务的结果和取消任务。

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; }
public interface Future<V> {
 
  /**
   * Attempts to cancel execution of this task. This attempt will
   * fail if the task has already completed, has already been cancelled,
   * or could not be cancelled for some other reason. If successful,
   * and this task has not started when <tt>cancel</tt> is called,
   * this task should never run. If the task has already started,
   * then the <tt>mayInterruptIfRunning</tt> parameter determines
   * whether the thread executing this task should be interrupted in
   * an attempt to stop the task.
   *
   * <p>After this method returns, subsequent calls to {@link #isDone} will
   * always return <tt>true</tt>. Subsequent calls to {@link #isCancelled}
   * will always return <tt>true</tt> if this method returned <tt>true</tt>.
   *
   * @param mayInterruptIfRunning <tt>true</tt> if the thread executing this
   * task should be interrupted; otherwise, in-progress tasks are allowed
   * to complete
   * @return <tt>false</tt> if the task could not be cancelled,
   * typically because it has already completed normally;
   * <tt>true</tt> otherwise
   */
  boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
 
  /**
   * Returns <tt>true</tt> if this task was cancelled before it completed
   * normally.
   *
   * @return <tt>true</tt> if this task was cancelled before it completed
   */
  boolean isCancelled();
 
  /**
   * Returns <tt>true</tt> if this task completed.
   *
   * Completion may be due to normal termination, an exception, or
   * cancellation -- in all of these cases, this method will return
   * <tt>true</tt>.
   *
   * @return <tt>true</tt> if this task completed
   */
  boolean isDone();
 
  /**
   * Waits if necessary for the computation to complete, and then
   * retrieves its result.
   *
   * @return the computed result
   * @throws CancellationException if the computation was cancelled
   * @throws ExecutionException if the computation threw an
   * exception
   * @throws InterruptedException if the current thread was interrupted
   * while waiting
   */
  V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
 
  /**
   * Waits if necessary for at most the given time for the computation
   * to complete, and then retrieves its result, if available.
   *
   * @param timeout the maximum time to wait
   * @param unit the time unit of the timeout argument
   * @return the computed result
   * @throws CancellationException if the computation was cancelled
   * @throws ExecutionException if the computation threw an
   * exception
   * @throws InterruptedException if the current thread was interrupted
   * while waiting
   * @throws TimeoutException if the wait timed out
   */
  V get(long timeout, TimeUnit unit)
    throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

可以通过多种方法来创建一个Future来描述任务。ExecutorService中的submit方法接受一个Runnable或者Callable,然后返回一个Future来获得任务的执行结果或者取消任务。

 /**
   * Submits a value-returning task for execution and returns a
   * Future representing the pending results of the task. The
   * Future's <tt>get</tt> method will return the task's result upon
   * successful completion.
   *
   * <p>
   * If you would like to immediately block waiting
   * for a task, you can use constructions of the form
   * <tt>result = exec.submit(aCallable).get();</tt>
   *
   * <p> Note: The {@link Executors} class includes a set of methods
   * that can convert some other common closure-like objects,
   * for example, {@link java.security.PrivilegedAction} to
   * {@link Callable} form so they can be submitted.
   *
   * @param task the task to submit
   * @return a Future representing pending completion of the task
   * @throws RejectedExecutionException if the task cannot be
   *     scheduled for execution
   * @throws NullPointerException if the task is null
   */
  <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
 
  /**
   * Submits a Runnable task for execution and returns a Future
   * representing that task. The Future's <tt>get</tt> method will
   * return the given result upon successful completion.
   *
   * @param task the task to submit
   * @param result the result to return
   * @return a Future representing pending completion of the task
   * @throws RejectedExecutionException if the task cannot be
   *     scheduled for execution
   * @throws NullPointerException if the task is null
   */
  <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
 
  /**
   * Submits a Runnable task for execution and returns a Future
   * representing that task. The Future's <tt>get</tt> method will
   * return <tt>null</tt> upon <em>successful</em> completion.
   *
   * @param task the task to submit
   * @return a Future representing pending completion of the task
   * @throws RejectedExecutionException if the task cannot be
   *     scheduled for execution
   * @throws NullPointerException if the task is null
   */
  Future<?> submit(Runnable task);

另外ThreadPoolExecutor中的newTaskFor(Callable<T> task) 可以返回一个FutureTask。

假设我们通过一个方法从远程获取一些计算结果,假设方法是 List getDataFromRemote(),如果采用同步的方法,代码大概是 List data = getDataFromRemote(),我们将一直等待getDataFromRemote返回,然后才能继续后面的工作,这个函数是从远程获取计算结果的,如果需要很长时间,后面的代码又和这个数据没有什么关系的话,阻塞在那里就会浪费很多时间。我们有什么办法可以改进呢???

能够想到的办法是调用函数后,立即返回,然后继续执行,等需要用数据的时候,再取或者等待这个数据。具体实现有两种方式,一个是用Future,另一个是回调。

Future<List> future = getDataFromRemoteByFuture();
    //do something....
    List data = future.get();

可以看到我们返回的是一个Future对象,然后接着自己的处理后面通过future.get()来获得我们想要的值。也就是说在执行getDataFromRemoteByFuture的时候,就已经启动了对远程计算结果的获取,同时自己的线程还继续执行不阻塞。知道获取时候再拿数据就可以。看一下getDataFromRemoteByFuture的实现:

private Future<List> getDataFromRemoteByFuture() {
 
    return threadPool.submit(new Callable<List>() {
      @Override
      public List call() throws Exception {
        return getDataFromRemote();
      }
    });
  }

我们在这个方法中调用getDataFromRemote方法,并且用到了线程池。把任务加入线程池之后,理解返回Future对象。Future的get方法,还可以传入一个超时参数,用来设置等待时间,不会一直等下去。

也可以利用FutureTask来获取结果:

 FutureTask<List> futureTask = new FutureTask<List>(new Callable<List>() {
      @Override
      public List call() throws Exception {
        return getDataFromRemote();
      }
    });
 
    threadPool.submit(futureTask); 
    futureTask.get();

FutureTask是一个具体的实现类,ThreadPoolExecutor的submit方法返回的就是一个Future的实现,这个实现就是FutureTask的一个具体实例,FutureTask帮助实现了具体的任务执行,以及和Future接口中的get方法的关联。

FutureTask除了帮助ThreadPool很好的实现了对加入线程池任务的Future支持外,也为我们提供了很大的便利,使得我们自己也可以实现支持Future的任务调度。

补充知识:多线程中Future与FutureTask的区别和联系

线程的创建方式中有两种,一种是实现Runnable接口,另一种是继承Thread,但是这两种方式都有个缺点,那就是在任务执行完成之后无法获取返回结果,于是就有了Callable接口,Future接口与FutureTask类的配和取得返回的结果。

我们先回顾一下java.lang.Runnable接口,就声明了run(),其返回值为void,当然就无法获取结果。

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

而Callable的接口定义如下

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

该接口声明了一个名称为call()的方法,同时这个方法可以有返回值V,也可以抛出异常。嗯,对该接口我们先了解这么多就行,下面我们来说明如何使用,前篇文章我们说过,无论是Runnable接口的实现类还是Callable接口的实现类,都可以被ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor执行,ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor都实现了ExcutorService接口,而因此Callable需要和Executor框架中的ExcutorService结合使用,我们先看看ExecutorService提供的方法:

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

第一个方法:submit提交一个实现Callable接口的任务,并且返回封装了异步计算结果的Future。

第二个方法:submit提交一个实现Runnable接口的任务,并且指定了在调用Future的get方法时返回的result对象。(不常用)

第三个方法:submit提交一个实现Runnable接口的任务,并且返回封装了异步计算结果的Future。

因此我们只要创建好我们的线程对象(实现Callable接口或者Runnable接口),然后通过上面3个方法提交给线程池去执行即可。还有点要注意的是,除了我们自己实现Callable对象外,我们还可以使用工厂类Executors来把一个Runnable对象包装成Callable对象。Executors工厂类提供的方法如下:

public static Callable<Object> callable(Runnable task)

public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result)

2.Future<V>接口

Future<V>接口是用来获取异步计算结果的,说白了就是对具体的Runnable或者Callable对象任务执行的结果进行获取(get()),取消(cancel()),判断是否完成等操作。我们看看Future接口的源码:

  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; 
  } 

方法解析:

V get() :获取异步执行的结果,如果没有结果可用,此方法会阻塞直到异步计算完成。

V get(Long timeout , TimeUnit unit) :获取异步执行结果,如果没有结果可用,此方法会阻塞,但是会有时间限制,如果阻塞时间超过设定的timeout时间,该方法将抛出异常。

boolean isDone() :如果任务执行结束,无论是正常结束或是中途取消还是发生异常,都返回true。

boolean isCanceller() :如果任务完成前被取消,则返回true。

boolean cancel(boolean mayInterruptRunning) :如果任务还没开始,执行cancel(...)方法将返回false;如果任务已经启动,执行cancel(true)方法将以中断执行此任务线程的方式来试图停止任务,如果停止成功,返回true;当任务已经启动,执行cancel(false)方法将不会对正在执行的任务线程产生影响(让线程正常执行到完成),此时返回false;当任务已经完成,执行cancel(...)方法将返回false。mayInterruptRunning参数表示是否中断执行中的线程。

通过方法分析我们也知道实际上Future提供了3种功能:(1)能够中断执行中的任务(2)判断任务是否执行完成(3)获取任务执行完成后额结果。

但是我们必须明白Future只是一个接口,我们无法直接创建对象,因此就需要其实现类FutureTask登场啦。

3.FutureTask类

我们先来看看FutureTask的实现

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> { 
FutureTask类实现了RunnableFuture接口,我们看一下RunnableFuture接口的实现:
  public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> { 
    void run(); 
  } 

分析:FutureTask除了实现了Future接口外还实现了Runnable接口(即可以通过Runnable接口实现线程,也可以通过Future取得线程执行完后的结果),因此FutureTask也可以直接提交给Executor执行。

最后我们给出FutureTask的两种构造函数:

  public FutureTask(Callable<V> callable) { 
  } 
  public FutureTask(Runnable runnable, V result) { 
  } 

4.Callable<V>/Future<V>/FutureTask的使用 (封装了异步获取结果的Future!!!)

通过上面的介绍,我们对Callable,Future,FutureTask都有了比较清晰的了解了,那么它们到底有什么用呢?我们前面说过通过这样的方式去创建线程的话,最大的好处就是能够返回结果,加入有这样的场景,我们现在需要计算一个数据,而这个数据的计算比较耗时,而我们后面的程序也要用到这个数据结果,那么这个时 Callable岂不是最好的选择?我们可以开设一个线程去执行计算,而主线程继续做其他事,而后面需要使用到这个数据时,我们再使用Future获取不就可以了吗?下面我们就来编写一个这样的实例

4.1 使用Callable+Future获取执行结果

Callable实现类如下:

package com.zejian.Executor; 
import java.util.concurrent.Callable; 
/** 
 * @author zejian 
 * @time 2016年3月15日 下午2:02:42 
 * @decrition Callable接口实例 
 */ 
public class CallableDemo implements Callable<Integer> { 
   
  private int sum; 
  @Override 
  public Integer call() throws Exception { 
    System.out.println("Callable子线程开始计算啦!"); 
    Thread.sleep(2000); 
     
    for(int i=0 ;i<5000;i++){ 
      sum=sum+i; 
    } 
    System.out.println("Callable子线程计算结束!"); 
    return sum; 
  } 
} 

Callable执行测试类如下:

  package com.zejian.Executor; 
  import java.util.concurrent.ExecutorService; 
  import java.util.concurrent.Executors; 
  import java.util.concurrent.Future; 
  /** 
   * @author zejian 
   * @time 2016年3月15日 下午2:05:43 
   * @decrition callable执行测试类 
   */ 
  public class CallableTest { 
     
    public static void main(String[] args) { 
      //创建线程池 
      ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
      //创建Callable对象任务 
      CallableDemo calTask=new CallableDemo(); 
      //提交任务并获取执行结果 
      Future<Integer> future =es.submit(calTask); 
      //关闭线程池 
      es.shutdown(); 
      try { 
        Thread.sleep(2000); 
      System.out.println("主线程在执行其他任务"); 
       
      if(future.get()!=null){ 
        //输出获取到的结果 
        System.out.println("future.get()-->"+future.get()); 
      }else{ 
        //输出获取到的结果 
        System.out.println("future.get()未获取到结果"); 
      } 
       
      } catch (Exception e) { 
        e.printStackTrace(); 
      } 
      System.out.println("主线程在执行完成"); 
    } 
  } 

执行结果:

Callable子线程开始计算啦!

主线程在执行其他任务

Callable子线程计算结束!

future.get()-->12497500

主线程在执行完成

4.2 使用Callable+FutureTask获取执行结果

  package com.zejian.Executor; 
  import java.util.concurrent.ExecutorService; 
  import java.util.concurrent.Executors; 
  import java.util.concurrent.Future; 
  import java.util.concurrent.FutureTask; 
  /** 
   * @author zejian 
   * @time 2016年3月15日 下午2:05:43 
   * @decrition callable执行测试类 
   */ 
  public class CallableTest { 
     
    public static void main(String[] args) { 
  //   //创建线程池 
  //   ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
  //   //创建Callable对象任务 
  //   CallableDemo calTask=new CallableDemo(); 
  //   //提交任务并获取执行结果 
  //   Future<Integer> future =es.submit(calTask); 
  //   //关闭线程池 
  //   es.shutdown(); 
       
      //创建线程池 
      ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
      //创建Callable对象任务 
      CallableDemo calTask=new CallableDemo(); 
      //创建FutureTask 
      FutureTask<Integer> futureTask=new FutureTask<>(calTask); 
      //执行任务 
      es.submit(futureTask); 
      //关闭线程池 
      es.shutdown(); 
      try { 
        Thread.sleep(2000); 
      System.out.println("主线程在执行其他任务"); 
       
      if(futureTask.get()!=null){ 
        //输出获取到的结果 
        System.out.println("futureTask.get()-->"+futureTask.get()); 
      }else{ 
        //输出获取到的结果 
        System.out.println("futureTask.get()未获取到结果"); 
      } 
       
      } catch (Exception e) { 
        e.printStackTrace(); 
      } 
      System.out.println("主线程在执行完成"); 
    } 
  } 

执行结果:

Callable子线程开始计算啦!

主线程在执行其他任务

Callable子线程计算结束!

futureTask.get()-->12497500

主线程在执行完成

以上这篇java多线程之Future和FutureTask使用实例就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持java学习网。

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