java Future 源码详解

Love The Way You Lie 2022-05-26 12:48 162阅读 0赞

# 缘起 #

java线程池提供了几种执行线程的方式，其中Future是可以获取到线程的返回值的，那么他是怎么做到的呢？获取线程的返回值又有什么应用场景呢？本文带你走进Future,探究获取线程返回值的奥秘。

# Future的应用场景 #

比如我们登陆一个电商网站，登陆后网站需要去用户接口查询我们的名字等信息，假设这个接口耗时3s。然后又要去积分接口查询我们的积分信息，这个接口耗时5s.那么按照常规操作我们的代码示意图如下。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMzI5MzM0MzI_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
那么接下来我们使用线程的方式实现  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMzI5MzM0MzI_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
那么这里引出的问题是：我们是用线程去请求接口的，那么如何拿到这个线程的返回值呢？这里就要用到Future

## 使用方式： ##

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
    Future future = executorService.submit(new impleCallable());
    String sss = (String) future.get();
    System.out.println(sss);

public class impleCallable implements  Callable{ 
            @Override
            public Object call() throws Exception { 
                return "我是实现了Callable的一个线程";
            }
        }

## 输出： ##

我是实现了Callable的一个线程

可以看到，通过Future可以获取到线程的返回值，那么他是如何做到的呢？下面我们来看源码。

## 源码： ##

下面看调用的submit方法

public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) { 
            if (task == null) throw new NullPointerException();
            RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
            execute(ftask);
            return ftask;
        }

protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) { 
            return new FutureTask<T>(callable);
     }

可以看到是把我们实现了Callabe的对象封装成了一个FutureTask对象，并且调用了线程池的execute()方法，咦。。这个方法不是我们平常把线程丢到线程池里执行的方法吗？为啥我们调用的是线程池的submit()方法最终是调用了execute()方法呢？这个FutureTask何许人也？下面来看。

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> { 
    	public void run() { 
            try { 
                Callable<V> c = callable;
                if (c != null && state == NEW) { 
                    V result;
                    try { 
                        result = c.call();
                    } catch (Throwable ex) { 
                    }
                    if (ran)
                        set(result);
                }
            }
        }
    }

protected void set(V v) { 
            if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) { 
                outcome = v;
            }
        }

可以看到这个FutureTask本身也是实现Runnable接口，也就是他也是一个线程，看他的run方法可以看到他最终调用的是我们submit(T)的时候传过来的对象的call方法，并且把返回值赋值给result.然后调用set方法把result复制给outcome。至此，线程执行完毕，并且返回值也赋值给了outcome.那么如何获取这个outcome呢，下面我们看FutureTask的get()方法

public V get() throws InterruptedException, ExecutionException { 
            int s = state;
            if (s <= COMPLETING)
                s = awaitDone(false, 0L);//等待线程执行完毕
            return report(s);
        }

get方法会调用awaitDone

private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
            throws InterruptedException { 
            final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
            WaitNode q = null;
            boolean queued = false;
            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 yet
                    Thread.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);
                }
                else
                    LockSupport.park(this);
            }
        }

awaitDone方法对主线程进行阻塞，通过LockSupport的park或parkNanos挂起线程，那么挂起的线程什么时候被唤醒呢？  
我们看到之前的run方法中会调用一个set方法

protected void set(V v) { 
            if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) { 
                outcome = v;
                UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
                finishCompletion();
            }
        }

set调用了finishCompletion();

private void finishCompletion() { 
            // assert state > COMPLETING;
            for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) { 
                if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) { 
                    for (;;) { 
                        Thread t = q.thread;
                        if (t != null) { 
                            q.thread = null;
                            //关键代码，唤醒调用get的时候堵塞的主线程
                            LockSupport.unpark(t);
                        }
                        WaitNode next = q.next;
                        if (next == null)
                            break;
                        q.next = null; // unlink to help gc
                        q = next;
                    }
                    break;
                }
            }
    
            done();
    
            callable = null;        // to reduce footprint
        }

LockSupport.unpark(t);是唤醒堵塞的主线程的方法，唤醒之后，堵塞在get方法处的主线程就会执行report方法，从而拿到线程的执行结果。

private V report(int s) throws ExecutionException { 
            Object x = outcome;
            if (s == NORMAL)
                return (V)x;
            if (s >= CANCELLED)
                throw new CancellationException();
            throw new ExecutionException((Throwable)x);
        }

可以看到，get方法就是把outcome给返回出去了。

## 理解 ##

可以理解为，我们submit一个Callable的时候，实际上是新建了一个线程（FutureTask）来执行我们提交的任务。而这个新建的线程（FutureTask）中含有一个变量outcome用来存储我们提交的任务的返回值。当调用FutureTask的get()的时候会检查我们的任务执行完毕没有，如果没有执行完毕就堵塞：park(Object blocker) 表示阻塞主线程。等待执行完毕之后调用unpark(Thread thread) 唤醒主线程线程，参数thread指定线程对象。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMzI5MzM0MzI_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxMzI5MzM0MzI_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220526/90a7397091b04f3592f59652b963eb82.png
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