FutureTask是一个支持取消行为的异步任务执行器。该类实现了Future接口的方法。
如：
- 取消任务执行
- 查询任务是否执行完成
- 获取任务执行结果（”get“任务必须得执行完成才能获取结果，否则会阻塞直至任务完成）。
注意：一旦任务执行完成或取消任务，则不能执行取消任务或者重新启动任务。(除非一开始就使用runAndReset模式运行任务)
FutureTask实现了Runnable接口和Future接口，因此FutureTask可以传递到线程对象Thread或Excutor(线程池)来执行。
如果在当前线程中需要执行比较耗时的操作，但又不想阻塞当前线程时，可以把这些作业交给FutureTask，另开一个线程在后台完成，当当前线程将来需要时，就可以通过FutureTask对象获得后台作业的计算结果或者执行状态。
示例
1 public class FutureTaskDemo { 2 public static void main(String[]args)throws InterruptedException { 3 FutureTask < Integer > ft = new FutureTask < > (new Callable < Integer > () { 4 @Override 5 public Integer call()throws Exception { 6 int num = new Random().nextInt(10); 7 TimeUnit.SECONDS.sleep(num); 8 return num; 9 } 10 }); 11 Thread t = new Thread(ft); 12 t.start(); 13 //这里可以做一些其它的事情，跟futureTask任务并行，等需要futureTask的运行结果时，可以调用get方法获取 14 try { 15 //等待任务执行完成，获取返回值 16 Integer num = ft.get(); 17 System.out.println(num); 18 } catch (Exception e) { 19 e.printStackTrace(); 20 } 21 } 22 }
FutureTask 源码分析
JDK1.8自己实现了一个同步等待队列，在结果返回之前，所有的线程都被阻塞，存放到等待队列中。
下面我们来分析下JDK1.8的FutureTask 源码
FutureTask 类结构
1 public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> { 2 /** * 当前任务的运行状态。 3 * 4 * 可能存在的状态转换 5 * NEW -> COMPLETING -> NORMAL（有正常结果） 6 * NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL（结果为异常） 7 * NEW -> CANCELLED（无结果） 8 * NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED（无结果） 9 */ 10 private volatile int state; 11 private static final int NEW = 0; //初始状态 12 private static final int COMPLETING = 1; //结果计算完成或响应中断到赋值给返回值之间的状态。 13 private static final int NORMAL = 2; //任务正常完成，结果被set 14 private static final int EXCEPTIONAL = 3; //任务抛出异常 15 private static final int CANCELLED = 4; //任务已被取消 16 private static final int INTERRUPTING = 5; //线程中断状态被设置ture，但线程未响应中断 17 private static final int INTERRUPTED = 6; //线程已被中断 18 19 //将要执行的任务 20 private Callable<V> callable; //用于get()返回的结果，也可能是用于get()方法抛出的异常 21 private Object outcome; // non-volatile, protected by state reads/writes //执行callable的线程，调用FutureTask.run()方法通过CAS设置 22 private volatile Thread runner; //栈结构的等待队列，该节点是栈中的最顶层节点。 23 private volatile WaitNode waiters; 24 ....
FutureTask实现的接口信息如下：
RunnableFuture 接口
1 public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> { 2 void run(); 3 }
RunnableFuture 接口基础了Runnable和Future接口
Future 接口
1 public interface Future<V> { 2 //取消任务 3 boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning); 4 //判断任务是否已经取消 5 boolean isCancelled(); 6 //判断任务是否结束（执行完成或取消） 7 boolean isDone(); 8 //阻塞式获取任务执行结果 9 V get() throws InterruptedException, ExecutionException; 10 //支持超时获取任务执行结果 11 V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; 12 }
run 方法
1 public void run() { 2 //保证callable任务只被运行一次 3 if (state != NEW || !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset, null, Thread.currentThread())) 4 return; 5 try { 6 Callable < V > c = callable; 7 if (c != null && state == NEW) { 8 V result; 9 boolean ran; 10 try { 11 //执行任务，上面的例子我们可以看出，call()里面可能是一个耗时的操作，不过这里是同步的 12 result = c.call(); 13 //上面的call()是同步的，只有上面的result有了结果才会继续执行 14 ran = true; 15 } catch (Throwable ex) { 16 result = null; 17 ran = false; 18 setException(ex); 19 } 20 if (ran) 21 //执行完了，设置result 22 set(result); 23 } 24 } 25 finally { 26 runner = null; 27 int s = state; 28 //判断该任务是否正在响应中断，如果中断没有完成，则等待中断操作完成 29 if (s >= INTERRUPTING) 30 handlePossibleCancellationInterrupt(s); 31 } 32 }
1.如果state状态不为New或者设置运行线程runner失败则直接返回false，说明线程已经启动过，保证任务在同一时刻只被一个线程执行。
2.调用callable.call()方法,如果调用成功则执行set(result)方法，将state状态设置成NORMAL。如果调用失败抛出异常则执行setException(ex)方法，将state状态设置成EXCEPTIONAL，唤醒所有在get()方法上等待的线程。
3.如果当前状态为INTERRUPTING(步骤2已CAS失败)，则一直调用Thread.yield()直至状态不为INTERRUPTING
set方法
1 protected void set(V v) { 2 if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) { 3 outcome = v; 4 UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state 5 finishCompletion(); 6 } 7 }
- 首先通过CAS把state的NEW状态修改成COMPLETING状态。
- 修改成功则把v值赋给outcome变量。然后再把state状态修改成NORMAL，表示现在可以获取返回值。
- 最后调用finishCompletion()方法，唤醒等待队列中的所有节点。
finishCompletion方法
1 private void finishCompletion() { 2 for (WaitNode q; (q = waiters) != null; ) { 3 //通过CAS把栈顶的元素置为null，相当于弹出栈顶元素 4 if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) { 5 for (; ; ) { 6 Thread t = q.thread; 7 if (t != null) { 8 q.thread = null; 9 LockSupport.unpark(t); 10 } 11 WaitNode next = q.next; 12 if (next == null) 13 break; 14 q.next = null; // unlink to help gc 15 q = next; 16 } 17 break; 18 } 19 } 20 done(); 21 callable = null; // to reduce footprint 22 }
把栈中的元素一个一个弹出，并通过 LockSupport.unpark(t)唤醒每一个节点，通知每个线程，该任务执行完成（可能是执行完成，也可能cancel，异常等）
runAndReset 方法
1 protected boolean runAndReset() { 2 if (state != NEW || 3 !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset, 4 null, Thread.currentThread())) 5 return false; 6 boolean ran = false; 7 int s = state; 8 try { 9 Callable<V> c = callable; 10 if (c != null && s == NEW) { 11 try { 12 // 执行任务，和run方法不同的是这里不需要设置返回值 13 c.call(); // don't set result 14 ran = true; 15 } catch (Throwable ex) { 16 setException(ex); 17 } 18 } 19 } finally { 20 // runner must be non-null until state is settled to 21 // prevent concurrent calls to run() 22 runner = null; 23 // state must be re-read after nulling runner to prevent 24 // leaked interrupts 25 s = state; 26 if (s >= INTERRUPTING) 27 handlePossibleCancellationInterrupt(s); 28 } 29 //这里并没有改变state的状态，还是NEW状态 30 return ran && s == NEW; 31 }
runAndReset()和run()方法最大的区别是 runAndReset 不需要设置返回值，并且不需要改变任务的状态，也就是不改变state的状态，一直是NEW状态。
get方法
1 public V get()throws InterruptedException, ExecutionException { 2 int s = state; 3 if (s <= COMPLETING) 4 s = awaitDone(false, 0L); 5 return report(s); 6 }
如果state状态小于等于COMPLETING，说明任务还没开始执行或还未执行完成，然后调用awaitDone方法阻塞该调用线程。
如果state的状态大于COMPLETING，则说明任务执行完成，或发生异常、中断、取消状态。直接通过report方法返回执行结果。
awaitDone 方法
1 private int awaitDone(boolean timed, long nanos)throws InterruptedException { 2 final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L; 3 WaitNode q = null; 4 boolean queued = false; 5 for (; ; ) { 6 //如果该线程执行interrupt()方法，则从队列中移除该节点，并抛出异常 7 if (Thread.interrupted()) { 8 removeWaiter(q); 9 throw new InterruptedException(); 10 } 11 int s = state; 12 //如果state状态大于COMPLETING 则说明任务执行完成，或取消 13 if (s > COMPLETING) { 14 if (q != null) 15 q.thread = null; 16 return s; 17 } 18 //如果state=COMPLETING，则使用yield，因为此状态的时间特别短，通过yield比挂起响应更快。 19 else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet 20 Thread.yield(); 21 //构建节点 22 else if (q == null) 23 q = new WaitNode(); 24 //把当前节点入栈 25 else if (!queued) 26 queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q.next = waiters, q); 27 //如果需要阻塞指定时间，则使用LockSupport.parkNanos阻塞指定时间 28 //如果到指定时间还没执行完，则从队列中移除该节点，并返回当前状态 29 else if (timed) { 30 nanos = deadline - System.nanoTime(); 31 if (nanos <= 0L) { 32 removeWaiter(q); 33 return state; 34 } 35 LockSupport.parkNanos(this, nanos); 36 } 37 //阻塞当前线程 38 else 39 LockSupport.park(this); 40 } 41 }
构建栈链表的节点元素，并将该节点入栈，同时阻塞当前线程等待运行主任务的线程唤醒该节点。
report方法
1 private V report(int s)throws ExecutionException { 2 Object x = outcome; 3 if (s == NORMAL) 4 return (V)x; 5 if (s >= CANCELLED) 6 throw new CancellationException(); 7 throw new ExecutionException((Throwable)x); 8 }
如果state的状态为NORMAL，说明任务正确执行完成，直接返回计算后的值。
如果state的状态大于等于CANCELLED，说明任务被成功取消执行、或响应中断，直接返回CancellationException异常
否则返回ExecutionException异常。
总结
1.任务开始运行后，不能在次运行，保证只运行一次（runAndReset 方法除外）
2.任务还未开始，或者任务已被运行，但未结束，这两种情况下都可以取消； 如果任务已经结束，则不可以被取消 。