详解Java Callable接口实现多线程的方式

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

在Java 1.5以前，创建线程的2种方式，一种是直接继承Thread，另外一种就是实现Runnable接口。无论我们以怎样的形式实现多线程，都需要调用Thread类中的start方法去向操作系统请求io，cup等资源。因为线程run方法没有返回值，如果需要获取执行结果，就必须通过共享变量或者使用线程通信的方式来达到效果，这样使用起来就比较麻烦。

而自从Java 1.5开始，就提供了Callable和Future，通过它们可以在任务执行完毕之后得到任务执行结果。

Callable和Future介绍

Callable接口代表一段可以调用并返回结果的代码;Future接口表示异步任务，是还没有完成的任务给出的未来结果。所以说Callable用于产生结果，Future用于获取结果。

Callable接口使用泛型去定义它的返回类型。Executors类提供了一些有用的方法在线程池中执行Callable内的任务。由于Callable任务是并行的（并行就是整体看上去是并行的，其实在某个时间点只有一个线程在执行），我们必须等待它返回的结果。

java.util.concurrent.Future对象为我们解决了这个问题。在线程池提交Callable任务后返回了一个Future对象，使用它可以知道Callable任务的状态和得到Callable返回的执行结果。Future提供了get()方法让我们可以等待Callable结束并获取它的执行结果。

Callable与Runnable

java.lang.Runnable吧，它是一个接口，在它里面只声明了一个run()方法：

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

由于run()方法返回值为void类型，所以在执行完任务之后无法返回任何结果。　　Callable位于java.util.concurrent包下，它也是一个接口，在它里面也只声明了一个方法，只不过这个方法叫做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;
}　　

可以看到，这是一个泛型接口，call()函数返回的类型就是传递进来的V类型。

那么怎么使用Callable呢？

一般情况下是配合ExecutorService来使用的，在ExecutorService接口中声明了若干个submit方法的重载版本：

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

Future

Future就是对于具体的Runnable或者Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果。必要时可以通过get方法获取执行结果，该方法会阻塞直到任务返回结果。　　

Future类位于java.util.concurrent包下，它是一个接口

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

在Future接口中声明了5个方法，下面依次解释每个方法的作用：

cancel方法  用来取消任务，如果取消任务成功则返回true，如果取消任务失败则返回false。参数mayInterruptIfRunning表示是否允许取消正在执行却没有执行完毕的任务，如果设置true，则表示可以取消正在执行过程中的任务。如果任务已经完成，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，此方法肯定返回false，即如果取消已经完成的任务会返回false；如果任务正在执行，若mayInterruptIfRunning设置为true，则返回true，若mayInterruptIfRunning设置为false，则返回false；如果任务还没有执行，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，肯定返回true。

isCancelled方法  表示任务是否被取消成功，如果在任务正常完成前被取消成功，则返回 true。

isDone方法  表示任务是否已经完成，若任务完成，则返回true；

get()方法   用来获取执行结果，这个方法会产生阻塞，会一直等到任务执行完毕才返回；

get(long timeout, TimeUnit unit)   用来获取执行结果，如果在指定时间内，还没获取到结果，就直接返回null。

也就是说Future提供了三种功能：　

1）判断任务是否完成；

2）能够中断任务；

3）能够获取任务执行结果。

Future用于表示异步计算的结果。它的实现类有java.util.concurrent.FutureTask<V>和 javax.swing.SwingWorker<T,V>，Android平台上如果不想分支线程阻塞主线程，又想取得分支线程的执行结果，可以用FutureTask。

FutureTask

Java的类是单继承的设计，如果采用继承Thread的方式实现多线程，则不能继承其他的类，采用接口能够更好的实现数据共享

FutureTask实现了RunnableFuture接口，这个接口的定义如下：

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

可以看到这个接口实现了Runnable和Future接口，接口中的具体实现由FutureTask来实现。这个类的两个构造方法如下 ：

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)); 
}

如上提供了两个构造函数，一个以Callable为参数，另外一个以Runnable为参数。这些类之间的关联对于任务建模的办法非常灵活，允许你基于FutureTask的Runnable特性（因为它实现了Runnable接口），把任务写成Callable，然后封装进一个由执行者调度并在必要时可以取消的FutureTask。

FutureTask可以由执行者调度，这一点很关键。它对外提供的方法基本上就是Future和Runnable接口的组合：get()、cancel、isDone()、isCancelled()和run()，而run()方法通常都是由执行者调用，我们基本上不需要直接调用它。FutureTask类同时又实现了Runnable接口，所以可以直接提交给Thread、Executors执行：

public class CallableAndFuture { 
    public static void main(String[] args) { 
      Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() { 
        public Integer call() throws Exception { 
          return new Random().nextInt(100); 
        } 
      }; 
    FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Integer>(callable); 
    new Thread(future).start(); 
    try { 
      Thread.sleep(5000);// 可能做一些事情 
      int result = future.get()); 
    } catch (InterruptedException e) { 
      e.printStackTrace(); 
    } catch (ExecutionException e) { 
      e.printStackTrace(); 
    } 
  } 
} 

public class CallableAndFuture { 
  public static void main(String[] args) { 
    //ExecutorService.submit()
    ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
    Future<Integer> future = threadPool.submit(new Callable<Integer>() { 
      public Integer call() throws Exception { 
        return new Random().nextInt(100); 
      } 
    }); 
    try { 
      Thread.sleep(5000);// 可能做一些事情 
      int result = future.get()); //Future.get()
    } catch (InterruptedException e) { 
      e.printStackTrace(); 
    } catch (ExecutionException e) { 
      e.printStackTrace(); 
    } 
  }

如果要执行多个带返回值的任务，并取得多个返回值，可用CompletionService：

CompletionService相当于Executor加上BlockingQueue，使用场景为当子线程并发了一系列的任务以后，主线程需要实时地取回子线程任务的返回值并同时顺序地处理这些返回值，谁先返回就先处理谁。

public class CallableAndFuture { 
  public static void main(String[] args) { 
    ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool(); 
    CompletionService<Integer> cs = new ExecutorCompletionService<Integer>(threadPool); 
    for(int i = 1; i < 5; i++) { 
      final int taskID = i; 
      //CompletionService.submit()
      cs.submit(new Callable<Integer>() { 
        public Integer call() throws Exception { 
          return taskID; 
        } 
      }); 
    } 
    // 可能做一些事情 
    for(int i = 1; i < 5; i++) { 
      try { 
        int result = cs.take().get()); //CompletionService.take()返回Future
      } catch (InterruptedException e) { 
        e.printStackTrace(); 
      } catch (ExecutionException e) { 
        e.printStackTrace(); 
      } 
    } 
  } 
}

或者不使用CompletionService：先创建一个装Future类型的集合，用Executor提交的任务返回值添加到集合中，最后便利集合取出数据。

区别：

Future集合方法，submit的task不一定是按照加入自己维护的list顺序完成的。从list中遍历的每个Future对象并不一定处于完成状态，这时调用get()方法就会被阻塞住，如果系统是设计成每个线程完成后就能根据其结果继续做后面的事，这样对于处于list后面的但是先完成的线程就会增加了额外的等待时间。

而CompletionService的实现是维护一个保存Future对象的BlockingQueue。只有当这个Future对象状态是结束的时候，才会加入到这个Queue中，take()方法其实就是Producer-Consumer中的Consumer。它会从Queue中取出Future对象，如果Queue是空的，就会阻塞在那里，直到有完成的Future对象加入到Queue中。

所以，先完成的必定先被取出。这样就减少了不必要的等待时间。

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