（十一） J.U.C-FutureTask

FutureTask

FutureTask是J.U.C中的类，是一个可删除的异步计算类。这个类提供了Future接口的的基本实现，使用相关方法启动和取消计算，查询计算是否完成，并检索计算结果。只有在计算完成时才能使用get方法检索结果;如果计算尚未完成，get方法将会阻塞。一旦计算完成，计算就不能重新启动或取消(除非使用runAndReset方法调用计算)。

Runnable与Callable对比

通常实现一个线程我们会使用继承Thread的方式或者实现Runnable接口，这两种方式有一个共同的缺陷就是在执行完任务之后无法获取执行结果。从Java1.5之后就提供了Callable与Future，这两个接口就可以实现获取任务执行结果。

• Runnable接口：代码非常简单，只有一个方法run

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

• Callable泛型接口：有泛型参数，提供了一个call方法，执行后可返回传入的泛型参数类型的结果。

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

Future接口

Future接口提供了一系列方法用于控制线程执行计算，如下：

public interface Future<V> {
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);//取消任务
    boolean isCancelled();//是否被取消
    boolean isDone();//计算是否完成
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;//获取计算结果，在执行过程中任务被阻塞
    V get(long timeout, TimeUnit unit)//timeout等待时间、unit时间单位
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

使用方法：

public class FutureExample {

    static class MyCallable implements Callable<String> {
        @Override
        public String call() throws Exception {
            log.info("do something in callable");
            Thread.sleep(5000);
            return "Done";
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        Future<String> future = executorService.submit(new MyCallable());//线程池提交任务
        log.info("do something in main");
        Thread.sleep(1000);
        String result = future.get();//获取不到一直阻塞
        log.info("result：{}", result);
    }
}

运行结果：阻塞效果

FutureTask

Future实现了RunnableFuture接口，而RunnableFuture接口继承了Runnable与Future接口，所以它既可以作为Runnable被线程中执行，又可以作为callable获得返回值。

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

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

FutureTask支持两种参数类型，Callable和Runnable，在使用Runnable 时，还可以多指定一个返回结果类型。

public FutureTask(Callable<V> callable) {
    if (callable == null)
        throw new NullPointerException();
    this.callable = callable;
    this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
}

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

1. FutureTask执行多任务计算的使用场景

利用FutureTask和ExecutorService，可以用多线程的方式提交计算任务，主线程继续执行其他任务，当主线程需要子线程的计算结果时，在异步获取子线程的执行结果。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.FutureTask;
 
public class FutureTaskForMultiCompute {
    
    public static void main(String[] args) {
        
        FutureTaskForMultiCompute inst=new FutureTaskForMultiCompute();
        // 创建任务集合
        List<FutureTask<Integer>> taskList = new ArrayList<FutureTask<Integer>>();
        // 创建线程池
        ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            // 传入Callable对象创建FutureTask对象
            FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<Integer>(inst.new ComputeTask(i, ""+i));
            taskList.add(ft);
            // 提交给线程池执行任务，也可以通过exec.invokeAll(taskList)一次性提交所有任务;
            exec.submit(ft);
        }
        
        System.out.println("所有计算任务提交完毕, 主线程接着干其他事情！");
 
        // 开始统计各计算线程计算结果
        Integer totalResult = 0;
        for (FutureTask<Integer> ft : taskList) {
            try {
                //FutureTask的get方法会自动阻塞,直到获取计算结果为止
                totalResult = totalResult + ft.get();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
 
        // 关闭线程池
        exec.shutdown();
        System.out.println("多任务计算后的总结果是:" + totalResult);
 
    }
 
    private class ComputeTask implements Callable<Integer> {
 
        private Integer result = 0;
        private String taskName = "";
        
        public ComputeTask(Integer iniResult, String taskName){
            result = iniResult;
            this.taskName = taskName;
            System.out.println("生成子线程计算任务: "+taskName);
        }
        
        public String getTaskName(){
            return this.taskName;
        }
        
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            // TODO Auto-generated method stub
 
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                result =+ i;
            }
            // 休眠5秒钟，观察主线程行为，预期的结果是主线程会继续执行，到要取得FutureTask的结果是等待直至完成。
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("子线程计算任务: "+taskName+" 执行完成!");
            return result;
        }
    }
}

2. FutureTask在高并发环境下确保任务只执行一次
在很多高并发的环境下，往往我们只需要某些任务只执行一次。这种使用情景FutureTask的特性恰能胜任。举一个例子，假设有一个带key的连接池，当key存在时，即直接返回key对应的对象；当key不存在时，则创建连接。对于这样的应用场景，通常采用的方法为使用一个Map对象来存储key和连接池对应的对应关系，典型的代码如下面所示：

private Map<String, Connection> connectionPool = new HashMap<String, Connection>();
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    
    public Connection getConnection(String key){
        try{
            lock.lock();
            if(connectionPool.containsKey(key)){
                return connectionPool.get(key);
            }
            else{
                //创建 Connection
                Connection conn = createConnection();
                connectionPool.put(key, conn);
                return conn;
            }
        }
        finally{
            lock.unlock();
        }
    }
    
    //创建Connection
    private Connection createConnection(){
        return null;
    }

在上面的例子中，我们通过加锁确保高并发环境下的线程安全，也确保了connection只创建一次，然而确牺牲了性能。改用ConcurrentHash的情况下，几乎可以避免加锁的操作，性能大大提高，但是在高并发的情况下有可能出现Connection被创建多次的现象。这时最需要解决的问题就是当key不存在时，创建Connection的动作能放在connectionPool之后执行，这正是FutureTask发挥作用的时机，基于ConcurrentHashMap和FutureTask的改造代码如下：

private ConcurrentHashMap<String,FutureTask<Connection>>connectionPool = new ConcurrentHashMap<String, FutureTask<Connection>>();
    
    public Connection getConnection(String key) throws Exception{
        FutureTask<Connection>connectionTask=connectionPool.get(key);
        if(connectionTask!=null){
            return connectionTask.get();
        }
        else{
            Callable<Connection> callable = new Callable<Connection>(){
                @Override
                public Connection call() throws Exception {
                    // TODO Auto-generated method stub
                    return createConnection();
                }
            };
            FutureTask<Connection>newTask = new FutureTask<Connection>(callable);
            connectionTask = connectionPool.putIfAbsent(key, newTask);
            if(connectionTask==null){
                connectionTask = newTask;
                connectionTask.run();
            }
            return connectionTask.get();
        }
    }
    
    //创建Connection
    private Connection createConnection(){
        return null;
    }

经过这样的改造，可以避免由于并发带来的多次创建连接及锁的出现。