Callable、Future和CompletionService

在整理执行器Executor之前,需要提到这样几个类/接口,这些类在使用执行器实现并发开发的时候是比较有用的,他们就是Callable、Future和CompletionService。

0. Callable

在最开始整理Java多线程并发的文章时就提到过了,Runnable是在JDK1.0中就有的。我们再来回头看下java.lang.Runnable:

public interface Runnable {
   public abstract void run();
}

可以看到其只有一个public void修饰的run()方法,注意是返回类型为void方法,这就意味着对这个方法的调用不会有是没有返回结果的,但很多场景一个任务完成执行,我们是需要知道它的结果的。为了弥补这个不足, 从JDK1.5开始,在java.util.concurrent包中就有了Callable这个接口。

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

注意到,其中call()方法除了有返回结果以外,比起run()还有异常抛出,这个使用时是要注意的。

在JavaSE5之后,执行器Executor是JDK提供给我们的良好工具,在ExecutorService中也有了支持Callable的submit()方法,那么对于其call()的执行结果我们如何来取呢,这就要提到另一个类——java.util.concurrent.Future。

1. Future

此前整理Java并发文章,在写任务终止的时候就提到过这个接口,我们来回顾一下:

public interface Future<V> {
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    boolean isCancelled();
    boolean isDone();
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

接口中列出了5个方法,分两大方面。除了对任务终止处理以外,Future的作用就是通过get()方法拿到特定类型的结果。

2. FutureTask类与RunnableFuture接口

和Future接口一起,在java.util.concurrent包中,FutureTask是其具体的实现类。而在JDK1.6中,又引入了RunnableFuture这样一个概念:

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

乍一看,其实并没有什么,不过是把Runnable和Future两个接口捏到一起了。实际上,这个接口用意应该是这样的,将需要run()的任务和结果结合在一起,执行了run()能够保证结果被设置从而可以获取到。

在ExecutorService中,submit()方法会有很多重载实现,有的用Runnable参数,有的用Callable参数。而对于submit()方法本身的实际操作,就是:

  • 执行任务
  • 返回Future对象

在实现中,AbstractExecutorService的submit()方法无论传入的是Callable还是Runnable,都会调用newTaskFor()将其转变为一个RunnableFuture对象,这个对象既会被用来调用Executor的execute()方法,也会作为Future结果返回。

JDK1.6之后,FutureTask也就成为了RunnableFuture的一个实现,当然也还是Future的实现类。我们再来简单看下它的实现。

前面文章提到过AbstractQueuedSynchronizer类(AQS)的应用,实际上FutureTask中也有一个名为Sync而且继承于AQS的内部类。在FutureTask的实现中,每个任务都有执行状态,其巧妙地运用了AQS提供的state属性和protected方法,保证了对Future结果获取线程的阻塞和唤醒。

3. CompleteService

最后稍微提一下CompleteService接口,这个接口是为了方便多个任务执行时,可以方便得获取到执行任务的Future结果。接口内容如下:

public interface CompletionService<V> {
    Future<V> submit(Callable<V> task);
    Future<V> submit(Runnable task, V result);
    Future<V> take() throws InterruptedException;
    Future<V> poll();
    Future<V> poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
}

同样,也是五个方法,分为两大方面。一个是对Callable和Runnable类型参数的任务提交,另一方面则是尝试对结果以不同的方式进行获取,take()方法一般是阻塞式的获取,后两者则更灵活。

通常来讲,CompleteService是要和Executor结合在一起使用的,这在后面讲Executor的时候还会详细讲到。

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