FutureTask

Future

在 Java 并发编程中，Future 接口表示一个异步计算的结果。使用 Future 可以对长时间运行的计算结果进行查询、判断是否完成、获取结果， 甚至可以取消计算。Future 提供了一种在将来某个时刻获取计算结果的机制，而不用阻塞等待计算完成。

核心方法

Future 接口提供了以下几个核心方法：

• boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：尝试取消任务。如果任务已完成、已取消或由于某些其他原因无法取消，则此尝试将失败。参数 mayInterruptIfRunning 表示是否允许中断正在运行的任务。
• boolean isCancelled()：任务是否被取消成功。
• boolean isDone()：任务是否已完成。需要注意的是，任务正常完成、异常终止或取消都会导致这个方法返回 true。
• V get()：等待计算完成，然后检索其结果。
• V get(long timeout, TimeUnit unit)：如果需要，最多等待 timeout 和 unit 指定的时间以获取计算结果，然后检索其结果。

示例代码

下面是一个使用 ExecutorService 提交任务，并使用 Future 获取结果的简单示例：

import java.util.concurrent.*;

public class FutureExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        
        // 提交一个 Callable 任务，并获得一个 Future
        Future<Integer> futureResult = executor.submit(() -> {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟长时间运行的计算
            return 123; // 返回计算结果
        });
        
        try {
            // 在结果可用之前，get 方法会阻塞
            System.out.println("future result: " + futureResult.get());
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            executor.shutdown();
        }
    }
}

使用场景

Future 通常与 ExecutorService 配合使用，用于异步执行任务。在实际开发中，如果你需要执行一个耗时的操作，并且不想当前线程阻塞等待结果时，就可以使用 Future。通过 Future，你可以在计算完成后获取结果，或者在计算还未完成时就取消任务。

注意事项

• 调用 get() 方法时，当前线程会阻塞直到 Future 完成，这可能会影响程序的响应性。使用带有超时参数的 get(long timeout, TimeUnit unit) 方法可以减少这种影响。
• 如果计算抛出异常，那么尝试通过 get() 方法获取结果将导致 ExecutionException 异常被抛出。
• Future 提供了基本的取消机制和任务状态查询功能，但在某些更复杂的应用场景下可能不够用。Java 8 引入的 CompletableFuture 类提供了更丰富的功能，例如结果组合、转换以及异步执行操作。

FutureTask

FutureTask 是一个实现了 RunnableFuture<V> 接口的类，RunnableFuture<V> 接口继承自 Runnable 和 Future<V> 接口。这使得 FutureTask 既可以作为 Runnable 被线程执行，又可以作为 Future 提供异步计算的结果。下面我们将通过一系列操作和示例，更详细地探讨 FutureTask 的功能。

构造方法

FutureTask 提供了两种构造器：

1. FutureTask(Callable<V> callable)：使用 Callable<V> 作为任务创建 FutureTask。Callable 是一个函数式接口，它的 call 方法可以返回结果，并且可以抛出异常。

2. FutureTask(Runnable runnable, V result)：使用 Runnable 和一个固定的结果创建 FutureTask。这允许在任务完成时获取一个预设的结果。

核心方法详解

• boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：

  • 尝试取消任务的执行。
  • 如果任务已完成、已取消，或由于某种原因无法取消，则返回 false。
  • 如果任务还未开始执行，或者 mayInterruptIfRunning 为 true 并且任务正在运行，则尝试中断任务并返回 true。

• boolean isCancelled()：

  • 如果任务在完成前被取消，则返回 true。

• boolean isDone()：

  • 如果任务完成，则返回 true。注意，任务正常完成、异常完成或取消都视为“完成”。

• V get()：

  • 等待计算完成，然后获取其结果。
  • 如果计算已完成，则立即返回结果；否则，将阻塞当前线程直到任务完成。
  • 如果计算抛出了异常，则这个方法会抛出一个 ExecutionException。
  • 如果在等待过程中线程被中断，则抛出 InterruptedException。

• V get(long timeout, TimeUnit unit)：

  • 最多等待指定的时间来获取计算结果，然后检索其结果，如果超时，则抛出 TimeoutException。
  • 其他行为与 get() 方法相同。

• void run()：

  • 当在一个线程中执行 FutureTask 时，run 方法内部会调用 Callable 的 call 方法，并将结果保存下来，使得之后可以通过 get 方法获取到。

示例：使用 FutureTask 执行耗时任务

Callable<Integer> callableTask = () -> {
    // 模拟耗时操作
    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    return 10;
};

FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callableTask);

// 方式1：直接使用 Thread 执行
Thread thread = new Thread(futureTask);
thread.start();

// 方式2：提交给 ExecutorService 执行
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
executor.submit(futureTask);

// 获取执行结果
try {
    // 这里会阻塞，直到 futureTask 执行完毕
    Integer result = futureTask.get();
    System.out.println("FutureTask result: " + result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    executor.shutdown();
}

// 取消任务
boolean canceled = futureTask.cancel(true);
if (canceled) {
    System.out.println("Task was canceled.");
}

注意事项

• 当任务已经开始执行时，cancel 方法将尝试中断执行任务的线程。但如果任务不响应中断，则无法取消。
• 一旦任务执行完成，就不能再次执行或取消任务。
• 使用 get() 方法时，如果任务执行期间抛出异常，则这些异常会被封装为 ExecutionException 抛出。
• FutureTask 的 get 方法在任务完成之前会阻塞当前线程，可以使用带超时的 get 方法来避免无限期等待。

FutureTask 提供了一种灵活的方式来异步执行任务，并能在将来的某个时刻获取执行结果，它是构建并发应用程序的有力工具。