JAVA 基础 之 多线程相关的函数接口&类

Runnable, Callable, Future,RunnableFuture, FutureTask, Thread这些接口和类在初次接触java多线程 时候 遇到这几个家伙总是很无助,完全不清楚为啥会有这些接口和类的出现。今天就来介绍下他们的关系,为了直观的看出他们的关系于是绘制了下面的一副关系图:
image.png

java多线程

Java实现多线程有两种方式:一个是直接继承Thread类,一种是实现Runnable接口。但这2种方式都有一个缺陷就是:在执行完任务之后无法获取执行结果。
于是在jdk1.5后又增加了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,Runnable,Futrue

1: Runnable是一个接口,位于java.lang包下,里面只声明了一个run()方法,但是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。

package java.lang;

@FunctionalInterface
public interface Runnable {

    public abstract void run();
}

2: Callable是一个泛型接口,位于java.util.concurrent包下,在它里面只声明了一个call()方法,返回值是传入的泛型类型。

package java.util.concurrent;

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {

    V call() throws Exception;
}

3: Future也是一个泛型接口位于java.util.concurrent包下,它主要功能是对具体的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。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。

package java.util.concurrent;

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;
}

(1) 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。
(2) 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。
(3) isDone方法表示任务是否已经完成,若任务完成,则返回true;
(4) 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;
(5) 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

RunnableFuture, RunnableAdapter

1: Runnablefuture也是一个泛型接口位于java.util.concurrent包下,继承Runnable,Future,所以Runnablefuture是 Runnable和Future接口的统一

package java.util.concurrent;

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {

    void run();
}

2: RunnableAdapter
RunnableAdapter是 Exectors中的内部泛型类,实现Callable接口,主要用来转换Runnable类型为Callable类型。内部包含2个成员变量,一个是Runnable类型变量另一个是传入的泛型类型。

static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
    final Runnable task;
    final T result;
    RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
        this.task = task;
        this.result = result;
    }
    public T call() {
        task.run();
        return result;
    }
}

实际上Callable = Runnable + 泛型返回值 result

Thread,FutureTask

1: Thread是 java.lang包下的线程类实现了接口Runnable,是一个程序中执行任务的最小单元。只能执行实现了Runnable接口下的任务类。无法获取线程运行完后的结果。

package java.lang;

public class Thread implements Runnable {

2: FutureTask
2.1) Future只是一个接口,所以是无法直接用来创建对象使用,因此就有了FutureTask,FutureTask位于java.util.concurrent包下,并且是一个可以执行任务的线程类同时可以获取线程执行结束后的 返回值。它顶级接口是Runnable(FutureTask实现RunnableFuture, RunnableFuture继承Runnable和Future),所以Thread可以执行FutureTask任务

package java.util.concurrent;

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {

2.2) FutureTask有2个构造函数,一个接受Runnable + 返回值,一个接受Callable,但在接受了Runnable和返回值后会通过RunnableAdapter重新封装成Callable类型,然后赋值给成员变量callable。调用构造函数 FutureTask(Runnable runnable, V result),然后构造函数再调用 Executors.callable,Executors.callable方法会创建一RunnableAdapter(包含一个runnable变量和一个泛型T的返回值变量)对象然后返回给FutureTask

public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
        this.callable = Executors.callable(runnable, result);
        this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
}

Executors部分源码:

public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        //new了一个RunnableAdapter,返回Callable,说明RunnableAdapter实现了Callable
        return new RunnableAdapter<T>(task, result);
   }
static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
        final Runnable task;
        final T result;
        RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
            this.task = task;
            this.result = result;
        }
        public T call() {
            //Runnable task执行了run()
            task.run();
            //返回了T result
            return result;
        }
}

Thread状态与转换

image.png

使用案例

1:Futuretask使用案例

FutureTask fu = new FutureTask<>(new CallableResources(5));
Fu.run();
try {
    if (fu.isCancelled()){
        System.out.println("The task has been cancelled");
    }else {
        System.out.println("The task result is " + fu.get());
    }
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
}

2:Thread + FutureTask使用案例

FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(new CallableStudy());
FutureTask<Integer> ft2 = new FutureTask<>(new RunnableStudy(), 123);
Thread t1 = new Thread(ft);
Thread t2 = new Thread(ft2);
t1.start();
t2.start();
try {
    int result = ft.get();
    System.out.println("从计算线程拿到的结果为:" + result);
    int result2 = ft2.get();
    System.out.println("从计算线程拿到的结果为:" + result2);
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
}

3:ExecutorService + FutureTask 使用案例

ExecutorService service = new ThreadPoolExecutor(1,2,10,TimeUnit.MINUTES,new ArrayBlockingQueue<>(5));
Future f = service.submit(fu);
try {
    if (f.isCancelled()){
        System.out.println("The task has been cancelled");
    }else {
        System.out.println("The task result is " + f.get());
    }
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
}
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