【异步编程基础】FutureTask基本原理与异步阻塞问题

Runnable 用于定义无返回值的任务，而 Callable 用于定义有返回值的任务。然而，Callable 实例无法直接作为 Thread 线程的 target 目标，因为 Thread 的 target 属性类型为 Runnable，而 Callable 与 Runnable 之间没有任何继承关系。那么，如何将 Callable 与 Thread 结合使用呢？答案是通过 FutureTask。本文将详细介绍 Callable、FutureTask 以及它们在异步编程中的应用。

 

一、FutureTask 的桥梁作用

FutureTask 是 RunnableFuture 接口的实现类，而 RunnableFuture 继承了 Runnable 和 Future 接口。因此，FutureTask 既可以作为 Thread 的 target，又可以获取异步任务的结果。

如下FutureTask 的核心功能：

//实现了Future:获取异步执行结果
//实现了Runnable：可以作为`Thread` 线程的目标任务。
//支持取消任务、查询任务是否完成等功能。
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {void run();
}public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {

以下是一个使用 FutureTask 的示例：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.FutureTask;public class FutureTaskExample {public static void main(String[] args) throws Exception {// 创建 Callable 任务Callable<String> callableTask = () -> {Thread.sleep(2000); // 模拟耗时操作return "Task completed!";};// 使用 FutureTask 包装 Callable 任务FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(callableTask);// 启动一个新线程执行任务new Thread(futureTask).start();System.out.println("Main thread is doing other work...");// 获取任务结果（会阻塞直到任务完成）String result = futureTask.get();System.out.println("Task result: " + result);}
}Main thread is doing other work...
Task result: Task completed!

 

二、Future 模式与异步回调

Future 模式是一种异步编程模式，其核心思想是：

• 异步调用：任务提交后立即返回一个 Future 对象，表示任务的未来结果。
• 结果获取：通过 Future 对象获取任务的执行结果，如果任务未完成，调用线程会阻塞直到任务完成。

Future 接口的核心方法

• isDone()：判断任务是否完成。
• isCancelled()：判断任务是否被取消。
• cancel(boolean mayInterruptRunning)：取消任务的执行。
• get()：获取任务结果（阻塞）。
• get(long timeout, TimeUnit unit)：在指定时间内获取任务结果（超时抛出异常）。

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三、 FutureTask获取异步结果的逻辑

1. 获取异步执行结果的步骤

通过FutureTask类和Callable接口的联合使用可以创建能获取异步执行结果的线程。

创建能够返回结果的线程，启动并获取结果。具体的步骤介绍如下：

1. 创建一个Callable接口的实现类，并实现它的call()方法，编写好异步执行的具体逻辑，并且可以有返回值。
2. 使用Callable实现类的实例构造一个FutureTask实例。
3. 使用FutureTask实例作为Thread构造器的target入参，构造新的Thread线程实例。
4. 调用Thread实例的start()方法启动新线程，启动新线程的run()方法并发执行。
5. 调用FutureTask对象的get()方法阻塞性地获得并发线程的执行结果。

其内部的执行过程为：启动Thread实例的run()方法并发执行后，会执行FutureTask实例的run()方法，最终会并发执行Callable实现类的call()方法。

 

2. 举例说明

使用FutureTask实现异步泡茶喝，main线程可以获取烧水线程、清洗线程的执行结果，然后根据结果判断是否具备泡茶条件，如果具备泡茶条件再泡茶。

具体代码见：gitee [并发编程] futureTask demo

几点需要注意：

1. FutureTask和Callable都是泛型类，泛型参数表示返回结果的类型。所以，在使用时它们两个实例的泛型参数需要保持一致。
2. 通过FutureTask实例的get方法可以获取线程的执行结果，主线程拿到各个线程的结果，然后判断执行。
3. 主线程阻塞等待。

 

3. FutureTask的异步阻塞问题

虽然FutureTask通过 Future 对象管理异步任务的结果，避免阻塞主线程。但通过FutureTask的get()方法获取异步结果时，主线程也会被阻塞。这一点FutureTask和join是一致的，它们都是异步阻塞模式。

异步阻塞的效率往往比较低，被阻塞的主线程不能干任何事情，唯一能干的就是傻傻等待。原生Java API除了阻塞模式的获取结果外，并没有实现非阻塞的异步结果获取方法。

如果需要用到获取的异步结果，得引入一些额外的框架，比如谷歌的Guava框架。