【Java多线程】线程池(三) Future、FutureTask

蔚落 2022-11-04 15:23 313阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  补.常用多线程并发获取返回结果方法汇总
     *  一.概述
     *  二.Runnable接口
     *  三.Callable接口
     *  五.Future接口
     *  六.FutureTask类
     *   *  1.概述
         *  2.怎么使用
         *   *  2.1. Thread方式
             *  2.2. 线程池方式
             *  2.3. 使用Callable+FutureTask并发执行任务并获取结果
         *  3.FutureTask类的实现
         *   *  3.1.属性和构造方法
             *  3.2.运行状态
             *  3.3.关键源码
             *   *  3.3.1.两个状态检查方法
                 *  3.3.2.run()方法的实现
                 *  3.3.3.cancel()方法的实现
                 *  3.3.4.get()和get(long timeout, TimeUnit unit)方法

## 补.常用多线程并发获取返回结果方法汇总 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">描述</th> 
   <th align="left">Future</th> 
   <th align="left">FutureTask</th> 
   <th align="left">CompletionService</th> 
   <th align="left">CompletableFuture</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">原理</td> 
   <td align="left">Future接口</td> 
   <td align="left">接口RunnableFuture的唯一实现类，RunnableFuture接口继承自Future+Runnable</td> 
   <td align="left">内部通过阻塞队列+FutureTask接口</td> 
   <td align="left">JDK8实现了Future, CompletionStage两个接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">多任务并发执行</td> 
   <td align="left">支持</td> 
   <td align="left">支持</td> 
   <td align="left">支持</td> 
   <td align="left">支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">获取任务结果的顺序</td> 
   <td align="left">按照提交顺序获取结果</td> 
   <td align="left">未知</td> 
   <td align="left">支持任务完成的先后顺序</td> 
   <td align="left">支持任务完成的先后顺序</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">异常捕捉</td> 
   <td align="left">自己捕捉</td> 
   <td align="left">自己捕捉</td> 
   <td align="left">自己捕捉</td> 
   <td align="left">原生API支持，返回每个任务的异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">建议</td> 
   <td align="left">CPU高速轮询，耗资源，或者阻塞，<code>可以使用，但不推荐</code></td> 
   <td align="left">功能不对口，并发任务这一块多套一层，<code>不推荐使用</code></td> 
   <td align="left"><code>推荐使用</code>，没有JDK8CompletableFuture之前最好的方案</td> 
   <td align="left">API极端丰富，配合流式编程，<code>推荐使用</code>！</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 一.概述 ##

*  无论是的`继承Thread`，还是`实现Runnable接口`来创建线程。都有一个问题就是：任务完成后无法获取执行结果。如果需要获结果，就必须通过`共享变量`或者使用`线程通信`的方式来达到效果，这样使用起来就比较`麻烦`。
    
     *  `Java 1.5`提供了`Callable和Future`，通过它们可以在\`任务执行完后得到获取结果。

## 二.Runnable接口 ##

接口里面只声明了一个`run()方法`，由于方法返回值为`void类型`，所以在执行完任务之后`无法返回结果`。

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

--------------------

## 三.Callable接口 ##

位于`java.util.concurrent`包下，里面只声明了一个call()方法：

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

Callable是一个`泛型接口(V代表异步任务的返回结果的类型)`，Callable接口可以看作是`Runnable接口`的补充，和Runnable相比，该方法`有返回值`并允许`抛出异常`。

也就是说Future提供了2种功能：

1.  可以返回任务执行完成结果
2.  可以抛出异常

--------------------

## 五.Future接口 ##

位于`java.util.concurrent`包下，是一个`泛型接口(V代表获取异步任务的返回结果的类型)`。用于来`获取`一个`可能还没有完成的异步任务的结果`，`结合Callback接口`可以在任务执行成功或失败后获取`call()方法`的返回结果

public interface Future<V> { 
    	//用来取消任务，如果取消任务成功,则返回true，如果取消任务失败,则返回false
    	//参数mayInterruptIfRunning表示： 是否允许取消正在执行却没有执行完毕的任务
    	/* 如果设置true，则表示可以取消正在执行过程中的任务。 1. 如果任务已经完成，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，此方法肯定返回false， 2. 如果任务正在执行，若mayInterruptIfRunning设置为true，则返回true， 若mayInterruptIfRunning设置为false，则返回false 3. 如果任务还没有执行，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，肯定返回true。 */
        boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
        //表示任务是否被取消成功，如果在任务正常完成前被取消成功，则返回 true。
        boolean isCancelled();
        //用于表示任务是否完成,完成返回true
        boolean isDone();
        //用来获取执行结果，这个方法会产生阻塞，会一直等到任务执行完毕才返回,可能会抛出异常。
        V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
        //在指定的时间内等待task完成，并获取执行结果。可能抛出异常（含TimeoutException）
        V get(long timeout, TimeUnit unit)  throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
    }

也就是说Future提供了三种功能：

1.  判断任务是否完成
2.  能够中断任务
3.  能够获取任务执行结果

**使用Callable+Future并发执行任务并获取结果:**

*  使用线程池以`submit()方式`提交`Callable接口`任务，返回`Future接口`，添加进`list`,最后遍历`FutureList`且内部使用`while轮询`,并发获取结果

public class CallableFutureDemo { 
    
        public static void main(String[] args) { 
            Long start = System.currentTimeMillis();
            //开启多线程
            ExecutorService exs = Executors.newFixedThreadPool(10);
            try { 
                //结果集
                List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
                //任务集
                List<Future<Integer>> futureList = new ArrayList<Future<Integer>>();
    
                //1.高速提交10个任务，每个任务返回一个Future入list
                for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                    futureList.add(exs.submit(new CallableTask(i + 1)));
                }
    
                Long getResultStart = System.currentTimeMillis();
                System.out.println("结果归集开始时间=" + new Date());
    
                //2.结果归集，用迭代器遍历futureList,高速轮询（模拟实现了并发），任务完成就移除
                while (futureList.size() > 0) { 
                    Iterator<Future<Integer>> iterable = futureList.iterator();
                    //遍历一遍
                    while (iterable.hasNext()) { 
                        Future<Integer> future = iterable.next();
                        //如果任务完成取结果，否则判断下一个任务是否完成
                        if (future.isDone() && !future.isCancelled()) { 
                            //获取结果
                            Integer i = future.get();
                            System.out.println("任务i=" + i + "获取完成，移出任务队列！" + new Date());
                            list.add(i);
                            //任务完成移除任务
                            iterable.remove();
                        } else { 
                            Thread.sleep(1);//避免CPU高速运转，这里休息1毫秒，CPU纳秒级别
                        }
                    }
                }
    
                System.out.println("list=" + list);
                System.out.println("总耗时=" + (System.currentTimeMillis() - start) + ",取结果归集耗时=" + (System.currentTimeMillis() - getResultStart));
            } catch (Exception e) { 
                e.printStackTrace();
            } finally { 
                exs.shutdown();
            }
        }
    
        static class CallableTask implements Callable<Integer> { 
            Integer i;
    
            public CallableTask(Integer i) { 
                super();
                this.i = i;
            }
    
            @Override
            public Integer call() throws Exception { 
                if (i == 1) { 
                    Thread.sleep(3000);//任务1耗时3秒
                } else if (i == 5) { 
                    Thread.sleep(5000);//任务5耗时5秒
                } else { 
                    Thread.sleep(1000);//其它任务耗时1秒
                }
                System.out.println("task线程：" + Thread.currentThread().getName() + "任务i=" + i + ",完成！" + new Date());
                return i;
            }
        }
    }

**结论:**

*  当我们使用`线程池`提交一个`Callable任务`后，会返回一个`Future对象`，然后在主线程某个时刻调用Future的get()方法，就可以获得异步执行的结果。
 *  在调用get()时，如果异步任务已经完成，我们就直接获得结果。如果异步任务还没有完成，那么get()`会阻塞`，直到任务完成后才返回结果。

开启定长为10的线程池，任务1耗时3秒，任务5耗时5秒，其他1秒。控制台打印如下：

结果归集开始时间=Wed Mar 03 18:52:19 CST 2021 //起始52秒
    task线程：pool-1-thread-3任务i=3,完成！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    task线程：pool-1-thread-9任务i=9,完成！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    task线程：pool-1-thread-7任务i=7,完成！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    task线程：pool-1-thread-6任务i=6,完成！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    task线程：pool-1-thread-8任务i=8,完成！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    task线程：pool-1-thread-10任务i=10,完成！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    task线程：pool-1-thread-2任务i=2,完成！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    task线程：pool-1-thread-4任务i=4,完成！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    任务i=6获取完成，移出任务队列！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021 // 一般任务耗时1秒，19+1=20，验证通过！
    任务i=7获取完成，移出任务队列！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    任务i=8获取完成，移出任务队列！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    任务i=9获取完成，移出任务队列！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    任务i=10获取完成，移出任务队列！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    任务i=2获取完成，移出任务队列！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    任务i=3获取完成，移出任务队列！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    任务i=4获取完成，移出任务队列！Wed Mar 03 18:52:20 CST 2021
    task线程：pool-1-thread-1任务i=1,完成！Wed Mar 03 18:52:22 CST 2021
    任务i=1获取完成，移出任务队列！Wed Mar 03 18:52:22 CST 2021	//任务1 耗时3秒 19+3=22，验证通过！
    task线程：pool-1-thread-5任务i=5,完成！Wed Mar 03 18:52:24 CST 2021
    任务i=5获取完成，移出任务队列！Wed Mar 03 18:52:24 CST 2021	//任务5 耗时5秒 19+5=24，验证通过！
    list=[6, 7, 8, 9, 10, 2, 3, 4, 1, 5] //多执行几遍，最后2个总是1，5最后加进去的，可实现按照任务完成先后顺序获取结果！
    总耗时=5014,取结果归集耗时=5003 //符合逻辑，10个任务，定长10线程池，其中一个任务耗时3秒，一个任务耗时5秒，由于并发高速轮询，耗时取最长5秒

**建议：** 任务`并行`且按照`完成顺序`获取结果。使用很普遍，老少皆宜，就是CPU有消耗，可以使用！

## 六.FutureTask类 ##

### 1.概述 ###

因为Future只是一个接口，所以是无法直接用来创建对象使用的，因此就有了下面的`FutureTask`  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxODc3NzI4NzE1_size_16_color_FFFFFF_t_70]

`FutureTask<T>` (`T代表异步任务的返回结果类型`)类实现了`RunnableFuture接口(唯一实现)`，该接口继承自`Runnable和Future接口`，弥补了\`Future必须用**线程池提交返回Future的缺陷**，实现功能如下：

1.  实现了`Runnable接口`，可开启单个线程执行。
2.  实现了`Future<v>接口`，可接受Callable接口的返回值，futureTask.get()阻塞获取结果。

> 因此可以提交给`Executor线程池`执行，也可以`通过Thread包装来直接执行`

### 2.怎么使用 ###

#### 2.1. Thread方式 ####

public static void main(String[] args) throws Exception { 
            //直接通过匿名类方式创建带返回值的任务
            Callable<Integer> call = new Callable<Integer>() { 
                @Override
                public Integer call() throws Exception { 
                    System.out.println("子线程在进行计算");
                    int sum = 0;
                    for (int i = 0; i < 100; i++) { 
                        //每次累加休眠10毫秒 10 * 100 = 1000ms
                        Thread.sleep(10);
                        sum += i;
                    }
                    return sum;
                }
            };
    
            //创建获取返回值的任务
            FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(call);
    
            //通过Thread启动任务
            Thread thread = new Thread(futureTask);
            //启动任务
            thread.start();
    
            //轮询判断任务是否完成,未完成则休眠没一次休眠500ms
            while (!futureTask.isDone()) { 
                System.out.println("当前任务未完成,休眠500ms");
                Thread.sleep(500);
            }
    
            System.out.println("最终FutureTask返回结果：" + futureTask.get());
        }

![在这里插入图片描述][20210304105931861.png]

#### 2.2. 线程池方式 ####

public static void main(String[] args) { 
            //直接通过匿名类方式创建带返回值的任务
            Callable<String> callable1 = new Callable<String>() { 
                @Override
                public String call() throws Exception { 
                    Thread.sleep(2000);
                    return Thread.currentThread().getName();
                }
            };
            //直接通过匿名类方式创建带返回值的任务
            Callable<String> callable2 = new Callable<String>() { 
                @Override
                public String call() throws Exception { 
                    Thread.sleep(3000);
                    return Thread.currentThread().getName();
                }
            };
    
            // 将Callable写的任务封装到一个由执行者调度的FutureTask对象
            FutureTask<String> futureTask1 = new FutureTask<>(callable1);
            FutureTask<String> futureTask2 = new FutureTask<>(callable2);
    
            // 创建线程池并返回ExecutorService实例
            ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
            executor.execute(futureTask1); //执行任务1
            executor.execute(futureTask2);//执行任务2
    
            //同时开启了两个任务
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            while (true) { 
                try { 
                    // 两个任务都完成,关闭线程池和服务
                    if (futureTask1.isDone() && futureTask2.isDone()) { 
                        System.out.println("FutureTask1 and FutureTask1 执行完成");
                        executor.shutdown();
                        return;
                    }
    
                    // 任务1完成则打印结果
                    if (!futureTask1.isDone()) { 
                        System.out.println("FutureTask1 执行完成=" + futureTask1.get());
                    }
    
                    System.out.println("等待 FutureTask2 执行完成");
                    //200毫秒获取不到FutureTask2结果,则抛出异常
                    String s = futureTask2.get(200L, TimeUnit.MILLISECONDS);
                    if (s != null) { 
                        System.out.println("FutureTask2 执行完成=" + s);
                    }
                } catch (InterruptedException | ExecutionException e) { 
                    e.printStackTrace();
                } catch (TimeoutException e) { 
                   e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("耗时:"+(System.currentTimeMillis() - startTime)+"ms");
            }
        }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxODc3NzI4NzE1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

#### 2.3. 使用Callable+FutureTask并发执行任务并获取结果 ####

> 和上面的 使用Callable+FutureTask并发执行任务并获取结果差不多，就是将Future替换成了FutureTask，同时每次替换的时候保存当前提交的 FutureTask

public class FutureTaskDemo { 
    
        public static void main(String[] args) { 
            Long start = System.currentTimeMillis();
            //开启多线程
            ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
            try { 
                //结果集
                List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
                //任务集
                List<FutureTask<Integer>> futureList = new ArrayList<FutureTask<Integer>>();
    
                //启动线程池，10个任务固定线程数为5
                for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                    FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(new CallableTask(i + 1));
                   //提交任务，添加返回，Runnable特性
                    executor.submit(futureTask);
                    //Future特性
                    futureList.add(futureTask);
                }
    
                Long getResultStart = System.currentTimeMillis();
                System.out.println("结果归集开始时间=" + new Date());
    
                //2.结果归集，用迭代器遍历futureList,高速轮询（模拟实现了并发），任务完成就移除
                while (futureList.size() > 0) { 
                    Iterator<FutureTask<Integer>> iterable = futureList.iterator();
                    //遍历一遍
                    while (iterable.hasNext()) { 
                        FutureTask<Integer> future = iterable.next();
                        //如果任务完成取结果，否则判断下一个任务是否完成
                        if (future.isDone() && !future.isCancelled()) { 
                            //获取结果
                            Integer i = future.get();
                            System.out.println("任务i=" + i + "获取完成，移出任务队列！" + new Date());
                            list.add(i);
                            //任务完成移除任务
                            iterable.remove();
                        } else { 
                            Thread.sleep(1);//避免CPU高速运转，这里休息1毫秒，CPU纳秒级别
                        }
                    }
                }
    
                System.out.println("list=" + list);
                System.out.println("总耗时=" + (System.currentTimeMillis() - start) + ",取结果归集耗时=" + (System.currentTimeMillis() - getResultStart));
            } catch (Exception e) { 
                e.printStackTrace();
            } finally { 
                executor.shutdown();
            }
        }
    
        static class CallableTask implements Callable<Integer> { 
            Integer i;
    
            public CallableTask(Integer i) { 
                super();
                this.i = i;
            }
    
            @Override
            public Integer call() throws Exception { 
                if (i == 1) { 
                    Thread.sleep(3000);//任务1耗时3秒
                } else if (i == 5) { 
                    Thread.sleep(5000);//任务5耗时5秒
                } else { 
                    Thread.sleep(1000);//其它任务耗时1秒
                }
                System.out.println("task线程：" + Thread.currentThread().getName() + "任务i=" + i + ",完成！" + new Date());
                return i;
            }
        }
    }

开启定长为10的线程池，任务1耗时3秒，任务5耗时5秒，其他1秒。控制台打印如下：

**建议**：`Callbale+FutureTask`多线程并发执行并结果归集，这里`多套一层FutureTask比较鸡肋`（**还是直接返回Future简单明了**）`不建议使用`。

### 3.FutureTask类的实现 ###

#### 3.1.属性和构造方法 ####

/* * 可能的状态变更: * NEW -> COMPLETING -> NORMAL * NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL * NEW -> CANCELLED * NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED */
         //就是当前task的状态
        private volatile int state;
        private static final int NEW          = 0; //新建的
        private static final int COMPLETING   = 1; //完成的中间状态
        private static final int NORMAL       = 2; //已正常完成
        private static final int EXCEPTIONAL  = 3; //异常终止
        private static final int CANCELLED    = 4; //已取消
        private static final int INTERRUPTING = 5; //中断时的中间状态
        private static final int INTERRUPTED  = 6; //已中断
        
        //底层的Callable对象，它的call方法执行后会产生执行结果，执行完成后该属性会置为null*/
        private Callable<V> callable;
       //存储get()方法返回的执行结果或是抛出的异常 
        private Object outcome;
        // 执行该Callable任务的线程 
        private volatile Thread runner;
     	//CAS进行更新的waiting threads，WaitNode节点形成了一个链表，表示正在等待获取执行结果的线程 
        private volatile WaitNode waiters;
        
        //等待节点：存储等待执行获取任务执行结果的线程们
    		static final class WaitNode { 
    	//表示等待结果的线程
        	volatile Thread thread;
        //表示下一个等待节点（线程）
        //表示等待任务执行结果的等待栈(数据结构是单向链表) 
    	// WaitNode是一个简单的静态内部类，一个成员变量thread表示等待结果的线程，另一个成员变量next表示下一个等待节点（线程）。
        volatile WaitNode next;
        	WaitNode() {  thread = Thread.currentThread(); }
    	}
        
        // 可直接操作内存的类。详情百度
        private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;
        //UNSAFE使用的，state成员变量在FutureTask类中的偏移量
        private static final long stateOffset;
        //UNSAFE使用的，runner成员变量在FutureTask类中的偏移量
        private static final long runnerOffset;
        //UNSAFE使用的，waiters成员变量在FutureTask类中的偏移量
        private static final long waitersOffset;
        static { 
            try { 
                UNSAFE = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
                Class<?> k = FutureTask.class;
                stateOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
                    (k.getDeclaredField("state"));
                runnerOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
                    (k.getDeclaredField("runner"));
                waitersOffset = UNSAFE.objectFieldOffset
                    (k.getDeclaredField("waiters"));
            } catch (Exception e) { 
                throw new Error(e);
            }
        }
    
         //构造函数，给定一个Callable任务
        public FutureTask(Callable<V> callable) { 
            if (callable == null)
                throw new NullPointerException();
            this.callable = callable;
            this.state = NEW;       // 初始状态
        }
     
     	//创建一个执行Runnable的Future，返回结果在参数中的result里，如果不需要结果，传入null就行了
        public FutureTask(Runnable runnable, V result) { 
            //将Runnable和result包装为Callable对象
            this.callable = Executors.callable(runnable, result);
            this.state = NEW;     // 初始状态
        }

FutureTask的构造方法会初始化`callable和state` ，它有2个构造方法， 分别接受`Callable和Runnable类型的待执行任务`。但对于Runnable类型参数，它会调用`Executors.callable`将Runnable转换为Callable类型实例，以便于统一处理。

*  Executors.callable方法也很简单，它就返回了一个`Callable的实现类RunnableAdapter类型的对象`。

public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) { 
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        return new RunnableAdapter<T>(task, result);
    }
    static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> { 
        final Runnable task;
        final T result;
        RunnableAdapter(Runnable task, T result) { 
            this.task = task;
            this.result = result;
        }
        public T call() { 
            task.run();
            return result;
        }
    }

#### 3.2.运行状态 ####

如上面的源码所示，FutureTask使用一个`volatile int state`的变量作为同步状态

state所有可能的取值有`7个`，分别如下：

*  NEW = 0; `初始状态`，FutureTask刚被创建，正在执行中都是该状态。
 *  COMPLETING = 1; `中间状态`，表示执行完成`正在对结果进行赋值`，或`正在处理异常`
 *  NORMAL = 2; `终止状态`，表示执行`完成`，结果已经被`赋值`。
 *  EXCEPTIONAL = 3; `异常终止状态`，表示执行过程已经被`异常打断`。
 *  CANCELLED = 4; `取消终止状态`，表示执行过程已经`被cancel操作终止`。
 *  INTERRUPTING = 5; `中间状态`，表示执行过程已开始并且被`中断`，正在`修改状态`。
 *  INTERRUPTED = 6; `终止状态`，表示执行过程已开始并且被`中断`，目前`已完全停止`。

初始状态是`New`状态，之后运行状态的变化只会发生在`set()、setException()、cancel()方法`时，可能出现的状态转换有如下情形：

*  NEW --> COMPLETING --> NORMAL ：表示任务正常执行完成
 *  NEW --> COMPLETING --> EXCEPTIONAL：表示任务执行过程种出现异常
 *  NEW --> CANCELLED ：表示任务被取消执行
 *  NEW --> INTERRUPTING --> INTERRUPTED ：表示任务的执行过程被中断

#### 3.3.关键源码 ####

##### 3.3.1.两个状态检查方法 #####

该类的两个状态检查方法如下：

// 检查是否已经取消，当状态处于Cancelled、Interrupting、Interrupted时表示已经取消 
        public boolean isCancelled() { 
            return state >= CANCELLED;
        }
        // 检查任务是否执行完成，只要不是New状态就代表已经执行了 
        public boolean isDone() { 
            return state != NEW;
        }

##### 3.3.2.run()方法的实现 #####

run()方法的实现如下：

*  run()方法用于`开始执行FututeTask`，执行线程为`当前线程`，该方法会将任务`从New状态转换为其他状态`。
    
     *  run方法中可以看出，`只要不是New状态就代表已经执行完了`，因为`状态设置`是在`call()方法执行完后`进行的。

public void run() { 
            //如果不是处于New状态或者设置执行线程为当前线程失败，就直接返回
            if (state != NEW ||!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,null, Thread.currentThread()))
                return;
            try { 
                Callable<V> c = callable;
                if (c != null && state == NEW) { 
                    V result;
                    boolean ran;
                    try { 
                        //1.调用callable.call()，执行task,获取返回值
                        result = c.call();
                        ran = true;
                    } catch (Throwable ex) { 
                       //出现异常就将结果置为空
                        result = null;
                        ran = false;
                        //2.FutureTask的异常处理关键： 设置出现的异常
                        setException(ex);
                    }
                    if (ran)
                        //3.成功执行后设置执行结果
                        set(result);
                }
            } finally { 
                // 当前封装的线程设为null,
                runner = null;
                // state must be re-read after nulling runner to prevent leaked interrupts
                int s = state;
                //任务处于中断中的状态，则进行中断操作
                if (s >= INTERRUPTING)
                    handlePossibleCancellationInterrupt(s);
            }
        }
        
    	//异常设置
        protected void setException(Throwable t) { 
            if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) { //将状态位设置成中间状态COMPLETING
                //将执行结果设置为异常，完成任务，设置状态为Exceptional
                outcome = t;//设置输出为正常返回结果
                UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // 将状态更为最终状态NORMAL
                finishCompletion();//同下面讲解
            }
        }
        
        //正常返回值设置
        protected void set(V v) { 
            if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) { //将状态位设置成中间状态COMPLETING
                //设置执行结果，将状态设为成功执行的Normal
                outcome = v;//设置输出为正常返回结果
                UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // 将状态更为最终状态NORMAL
                finishCompletion();//同下面讲解
            }
        }
    
      //由中间状态到最终状态变更时，都需进行的操作，会在set()、setException()、cancel()被调用
      //在任务被取消、正常完成或执行异常时会调用finishCompletion()方法，从而唤醒等待队列中的线程。
        private void finishCompletion() { 
            // assert state > COMPLETING;
            for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) { 
                if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {  //尝试将waiters全部置为null
                    for (;;) { //将waiters下对应的链式thread挨个唤醒
                        Thread t = q.thread;
                        if (t != null) { 
                            q.thread = null;
                            LockSupport.unpark(t);//唤醒操作，LockSupport.park()阻塞
                        }
                        WaitNode next = q.next;
                        if (next == null)
                            break;
                        q.next = null; // unlink to help gc
                        q = next;
                    }
                    break;
                }
            }
            
            done();
    
            callable = null;        // 减少内存占用
        }
        
    	 //子类可重写该方法，实现回调
    	 protected void done() {  }
    
        // 确保cancel(true)产生的中断发生在run或runAndReset方法过程中。 
        private void handlePossibleCancellationInterrupt(int s) { 
            if (s == INTERRUPTING)
                while (state == INTERRUPTING)
                    //将当前线程从执行状态退出，等待中断
                    Thread.yield(); 
        }

##### 3.3.3.cancel()方法的实现 #####

cancel()方法的实现：

*  取消task,根据boolean值来决定是否可进行中断操作

//cancel用于取消任务
        public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) { 
             //如果状态不为NEW，且无法将状态更新为INTERRUPTING或CANCELLED，则直接返回取消失败
            if (!(state == NEW && UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW,mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED)))
                return false;
            //状态转换成功后
            try {  
                if (mayInterruptIfRunning) { 
                    //如果允许中断正在执行的任务，那就中断当前线程
                    try { 
                        Thread t = runner;
                        if (t != null)
                            t.interrupt();//并不是实时取消！
                    } finally {  // final state
                        //设置最终状态为Interrupted
                        UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, INTERRUPTED);
                    }
                }
            } finally { 
                //执行清理工作，包括移除正在等待的线程，激活done()方法，将callable任务置为null
                finishCompletion(); //同面讲解
            }
            return true;
        }

##### 3.3.4.get()和get(long timeout, TimeUnit unit)方法 #####

get()和get(long timeout, TimeUnit unit)方法实现：

*  注意调用get方法的线程是另外一个线程，可能会有好多其他线程在`等待FutureTask的执行结果`，那么就把他们`封装成一个个WaitNode(结构上面有讲解)去等待返回结果`。

public V get() throws InterruptedException, ExecutionException { 
            int s = state;
            //处于New或Completing状态
            if (s <= COMPLETING)
                //阻塞等待执行完成
                s = awaitDone(false, 0L);
            //根据执行状态返回执行结果
            return report(s);
        }
    
        public V get(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException { 
            if (unit == null)
                throw new NullPointerException();
            int s = state;
            //如果是中间状态，就等待task完成，如果超过了指定时间，task仍未完成，则抛出超时异常
            if (s <= COMPLETING &&(s = awaitDone(true, unit.toNanos(timeout))) <= COMPLETING)
                throw new TimeoutException();
            //没超时就报告结果
            return report(s);
        }
        //报告执行结果,返回的可以是异常，或是正常结果
        private V report(int s) throws ExecutionException { 
            Object x = outcome;
            if (s == NORMAL)
                //如果正常执行就返回结果
                return (V)x;
            if (s >= CANCELLED)
                //如果任务被取消或中断，抛出异常
                throw new CancellationException();
            //任务本身执行异常，则抛出该异常
            throw new ExecutionException((Throwable)x);
        }
    
    	 //线程status为NEW和COMPLETING的时候，会进入awaitDone方法，表示要等待完成。
         //等待完成，可能是是中断、异常、正常完成，timed:true，考虑等待时长，false:不考虑等待时长
        private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
            throws InterruptedException { 
            final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L; //如果设置了超时时间
            WaitNode q = null;
            boolean queued = false;
            //死循环不断尝试获取结果
            for (;;) { 
             /** * 有优先级顺序 * 1、如果线程已中断，则直接将当前节点q从waiters中移出 * 2、如果state已经是最终状态了，则直接返回state * 3、如果state是中间状态(COMPLETING),意味很快将变更过成最终状态，让出cpu时间片即可 * 4、如果发现尚未有节点，则创建节点 * 5、如果当前节点尚未入队，则将当前节点放到waiters中的首节点，并替换旧的waiters * 6、线程被阻塞指定时间后再唤醒 * 7、线程一直被阻塞直到被其他线程唤醒 * */
                //1.如果当前get()方法的线程被中断了，那么就从等待队列中移出，抛出异常
                if (Thread.interrupted()) { 
                    removeWaiter(q);
                    throw new InterruptedException();
                }
    
                int s = state;
                //2.如果处于已完成态，直接返回完成状态就好了
                if (s > COMPLETING) { 
                    if (q != null)
                        q.thread = null;
                    return s;
                }
                else if (s == COMPLETING) // 3.处于未完成态，就让出当前线程,重新竞争CPU
                    Thread.yield();
                else if (q == null) // 4.如果当前线程还没有加入到等待队列，就新建一个WaitNode
                    q = new WaitNode();
                else if (!queued)  // 5.添加到等待队列的头部
                    queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
                                                         q.next = waiters, q);
                else if (timed) { // 6.超时等待
                    nanos = deadline - System.nanoTime();
                    if (nanos <= 0L) { 
                        //如果超出了等待时间，就移出队列
                        removeWaiter(q);
                        return state;
                    }
                    //阻塞当前线程一段时间
                    LockSupport.parkNanos(this, nanos);
                }
                else 
                    //7.阻塞当前线程,等待被唤醒
                    LockSupport.park(this);
            }
        }
    	
    	//移除等待执行的节点
    	 private void removeWaiter(WaitNode node) { 
            if (node != null) { 
                node.thread = null; //将需要去除的节点，thread赋值为null
                retry:
                for (;;) {  
                    for (WaitNode pred = null, q = waiters, s; q != null; q = s) { 
                        s = q.next;
                        if (q.thread != null)
                            pred = q;
                        else if (pred != null) {  //q.thread==null，表示该节点是需要在队列中去除的节点，故直接将pred.next=s，重组队列
                            pred.next = s;
                            if (pred.thread == null)  //如果这个pred节点恰好是需要去除的节点，则进行循环，重组队列
                                continue retry;
                        }
                        else if (!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, s)) 
                            continue retry;
                    }
                    break;
                }
            }

上面方法中`awaitDone`是`get()方法的核心`，`每一个等待获取结果的线程`最终都会在该方法上`阻塞`。它不断循环执行核心方法，执行流程是：

1.  先检查调用`get()`方法的`那个线程`是否已经`中断`，如果中断了，那就从`等待队列`中`删除该节点`，`抛出异常`。
2.  如果处于`已完成状态`，也就是Normal、Exceptional、Cancelled、Interrupting、Interrupted中的某一种，那么就`直接返回执行状态`就好了
3.  如果处于`Completing正在执行`中,就`让出当前线程占用的CPU时间`，防止资源量浪费，`等待任务执行完成`。
4.  如果还`未加入等待队列`,就将`自己加入到等待队列头部`
5.  如果`有超时时间`,就`阻塞`一段时间,等待任务`执行完`后唤醒该操作,`重新回到循环头部`
6.  如果`没有超时时间,`就`直接阻塞`,`等待被唤醒.`

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[FutureTask源码完整解读][FutureTask]

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[FutureTask]: https://www.cnblogs.com/gocode/p/analysis-source-code-of-FutureTask.html