FutureTask配合Thread实现处理有返回结果的源码、逻辑与架构分析

1.介绍

FutureTask 能够接收 Callable 类型的参数，用来处理有返回结果的情况。

2.使用示例

// 创建任务对象
FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(() -> {log.debug("running");Thread.sleep(1000);return 200;
});new Thread(task).start();// 主线程阻塞，同步等待 task 执行完毕的结果
Integer value = task.get();System.out.println("value = " + value);

3.执行过程描述

1. FutureTask 类在实例化构造时需要传入一个实现了 Callable 接口的类，实现 Callable 接口需要重写 call 方法，该方法需要一个返回值，由于 Callable 定义时是以泛型定义返回值，因此我们可以自定义返回值。FutureTask 会将传入的这个 Callable 实现类赋给自己的属性 private Callable<V> callable;
2. FutureTask 间接实现了 Runnable 接口，并重写了 run 方法，重写的 run 方法中会调用到 属性 callable 的 call 方法，并将 call 方法返回值存储到自己的属性 private Object outcome;
3. Thread 类在实例化构造时可以传入一个 Runnable 接口的类，由于 FutureTask 实现了 Runnable 接口，因此我们可以直接将 FutureTask 对象作为构造器实参赋给 Thread对象的属性 private Runnable target;
4. Thread 对象调用 start 方法，最终会调用到自身就重写了的 run 方法，自身重写的 run 方法中又会调用到 target 的 run 方法，即 FutureTask 自身已经重写的 run 方法，这时候就可以回到“第 2 点讲解”，了解到 FutureTask 的 run 方法中所做的事情。
5. FutureTask 对象的 get() 方法，是去获取 callable 的 call 方法返回值，即属性 outcome 的值。get 方法中会调用 awaitDone 方法，awaitDone 方法中会使用 for (;;) 造成当前线程阻塞，直到 call 方法执行结束可以获取到 outcome 的值，并将 outcome 作为 get() 方法返回值。

4.整体的关系

Thread 和 FutureTask 类均实现了 Runnable 接口并重写了其 run 方法，Thread 将 FutureTask 进行聚合赋给 private Runnable target。

5.涉及到的核心源码（只提取了关键代码）

5.1 Callable

@FunctionalInterface
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;
}

5.2 RunnableFuture

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {/*** Sets this Future to the result of its computation* unless it has been cancelled.*/void run();
}

5.3 FutureTask

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {/** The underlying callable; nulled out after running */private Callable<V> callable;// 存储 callable 接口的 call 方法的返回值/** The result to return or exception to throw from get() */private Object outcome; // non-volatile, protected by state reads/writes/*() -> {log.debug("running");Thread.sleep(1000);return 200;}这实际上是对函数式接口 callable 的 V call() 方法进行实现*/public FutureTask(Callable<V> callable) {if (callable == null)throw new NullPointerException();this.callable = callable;this.state = NEW;       // ensure visibility of callable}   public void run() {// ...Callable<V> c = callable;// 重写了 Runnable 函数式接口的 run 方法result = c.call();// ...// 赋值set(result);// ...}protected void set(V v) {if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {// 将 callable 的 call 方法返回值，即我们自定义的 200 赋给 outcomeoutcome = v;UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final statefinishCompletion();}}// 获取 callable 的 call 方法的返回结果public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {int s = state;if (s <= COMPLETING)// 获取到结果成功的标识，实际是在 awaitDone 方法中用了死循环不断判断是否生成返回结果，造成了线程阻塞s = awaitDone(false, 0L);// 获取结果return report(s);}// timed-是否计时等待，即是否设置等待超时，false表示不设置，true表示设置private int awaitDone(boolean timed, long nanos)throws InterruptedException {final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;WaitNode q = null;boolean queued = false;// 死循环for (;;) {if (Thread.interrupted()) {removeWaiter(q);throw new InterruptedException();}int s = state;if (s > COMPLETING) {if (q != null)q.thread = null;return s;}else if (s == COMPLETING) // cannot time out yetThread.yield();else if (q == null)q = new WaitNode();else if (!queued)queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,q.next = waiters, q);else if (timed) {nanos = deadline - System.nanoTime();if (nanos <= 0L) {removeWaiter(q);return state;}LockSupport.parkNanos(this, nanos);}elseLockSupport.park(this);}}
}

5.4 Thread

public class Thread implements Runnable {/* What will be run. */private Runnable target;// 构造器，将间接实现了 Runnable 接口的 FutureTask 对象传进来public Thread(Runnable target) {init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);}private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize) {init(g, target, name, stackSize, null, true);}private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,long stackSize, AccessControlContext acc,boolean inheritThreadLocals) {// ...// 将 FutureTask 对象赋给 Thread 对象的属性 targetthis.target = target;}@Overridepublic void run() {if (target != null) {// 实际调用的 FutureTask 对象重写的 run 方法，重写的 run 方法中又会调用 callable 接口的 call 方法，并将 call 方法的返回值赋给 FutureTask 对象的属性 outcometarget.run();}}
}