FutureTask的用法以及两种常用的使用场景

参考博客：https://blog.csdn.net/linchunquan/article/details/22382487

FutureTask可用于异步获取执行结果或取消执行任务的场景。通过传入Runnable或者Callable的任务给FutureTask，直接调用其run方法或者放入线程池执行，之后可以在外部通过FutureTask的get方法异步获取执行结果，因此，FutureTask非常适合用于耗时的计算，主线程可以在完成自己的任务后，再去获取结果。另外，FutureTask还可以确保即使调用了多次run方法，它都只会执行一次Runnable或者Callable任务，或者通过cancel取消FutureTask的执行等。

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。

package com.cy.test.future;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;

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<>();
        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<>(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) {
            this.result = iniResult;
            this.taskName = taskName;
            System.out.println("生成子线程计算任务: " + taskName);
        }

        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            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的结果时等待直至完成。
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("子线程计算任务: " + taskName + " 执行完成!" + "result:" + result);
            return result;
        }
    }
}

console：

生成子线程计算任务: 0
生成子线程计算任务: 1
生成子线程计算任务: 2
生成子线程计算任务: 3
生成子线程计算任务: 4
生成子线程计算任务: 5
生成子线程计算任务: 6
生成子线程计算任务: 7
生成子线程计算任务: 8
生成子线程计算任务: 9
所有计算任务提交完毕, 主线程接着干其他事情！
子线程计算任务: 0 执行完成!result:99
子线程计算任务: 3 执行完成!result:99
子线程计算任务: 4 执行完成!result:99
子线程计算任务: 2 执行完成!result:99
子线程计算任务: 1 执行完成!result:99
子线程计算任务: 9 执行完成!result:99
子线程计算任务: 8 执行完成!result:99
子线程计算任务: 7 执行完成!result:99
子线程计算任务: 6 执行完成!result:99
子线程计算任务: 5 执行完成!result:99
多任务计算后的总结果是:990

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：

package com.cy.test.future;

import java.sql.Connection;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ConnectionPool {

    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 {
                Connection conn = createConnection();
                connectionPool.put(key, conn);
                return conn;
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    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：

package com.cy.test.future;

import java.sql.Connection;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class ConnectionPool2 {
    private ConcurrentHashMap<String, FutureTask<Connection>> connectionPool = new ConcurrentHashMap<>();

    public Connection getConnection(String key) throws Exception {
        FutureTask<Connection> connectionTask = connectionPool.get(key);
        if (connectionTask != null) {
            return connectionTask.get();
        } else {
            FutureTask<Connection> newTask = new FutureTask<>(new Callable<Connection>() {
                @Override
                public Connection call() throws Exception {
                    return createConnection();
                }
            });

            connectionTask = connectionPool.putIfAbsent(key, newTask);
            if (connectionTask == null) {
                connectionTask = newTask;
                connectionTask.run();
            }
            return connectionTask.get();
        }
    }


    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。

ConcurrentHashMap的putIfAbsent:

putIfAbsent方法主要是在向ConcurrentHashMap中添加键—值对的时候，它会先判断该键值对是否已经存在。

（1）如果是新的记录，那么会向map中添加该键值对，并返回null。 
（2）如果已经存在，那么不会覆盖已有的值，直接返回已经存在的值。