深入浅出获取线程的不同方式

在上一篇博客中，我们提到了创建线程的 3 种方式，一种是直接继承 Thread，一种是实现 Runnable 接口，另外一种是实现 Callable 接口。
前 2 种方式都有一个缺陷：在执行完任务之后无法获取执行结果。
如果需要获取执行结果，就必须通过共享变量或者线程通信的方式来达到目的，这样使用起来就比较麻烦。
Java 1.5 提供了 Callable、Future、FutureTask，它们可以在任务执行完后得到执行结果，今天我们就来详细的了解一下。

无返回值的 Runnable

由于Runnable的run()方法的返回值为 void：
public interface Runnable { public abstract void run(); }
所以在执行完任务之后无法返回任何结果。

有返回值的 Callable

Callable 位于java.util.concurrent包下，也是一个接口，它定义了一个call()方法：
public interface Callable<V> { V call() throws Exception; }
可以看到，call()方法返回的类型是一个 V 类型的泛型。
那怎么使用 Callable 呢？
一般会配合 ExecutorService来使用。
ExecutorService 是一个接口，位于java.util.concurrent包下，它是 Java 线程池框架的核心接口，用来异步执行任务。它提供了一些关键方法用来进行线程管理。
下面的例子就用到了 ExecutorService 的 submit 方法。
// 创建一个包含5个线程的线程池 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5); // 创建一个Callable任务 Callable<String> task = new Callable<String>() { public String call() { return "Hello from " + Thread.currentThread().getName(); } }; // 提交任务到ExecutorService执行，并获取Future对象 Future[] futures = new Future[10]; for (int i = 0; i < 10; i++) { futures[i] = executorService.submit(task); } // 通过Future对象获取任务的结果 for (int i = 0; i < 10; i++) { System.out.println(futures[i].get()); } // 关闭ExecutorService，不再接受新的任务，等待所有已提交的任务完成 executorService.shutdown();
我们通过 Executors 工具类来创建一个 ExecutorService，然后向里面提交 Callable 任务，然后通过 Future 来获取执行结果。
为了做对比，我们再来看一下使用 Runnable 的方式：
// 创建一个包含5个线程的线程池 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5); // 创建一个Runnable任务 Runnable task = new Runnable() { public void run() { System.out.println("Hello from " + Thread.currentThread().getName()); } }; // 提交任务到ExecutorService执行 for (int i = 0; i < 10; i++) { executorService.submit(task); } // 关闭ExecutorService，不再接受新的任务，等待所有已提交的任务完成 executorService.shutdown();
可以看到，使用 Runnable 的方式要比 Callable 的方式简单一些，但是 Callable 的方式可以获取执行结果，这是 Runnable 做不到的。

异步计算结果 Future 接口

在前面的例子中，我们通过 Future 来获取 Callable 任务的执行结果，那么 Future 是什么呢？
Future 位于java.util.concurrent包下，它是一个接口：
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; }
一共声明了 5 个方法：
  • cancel()方法用来取消任务，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。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，即如果取消已经完成的任务会返回 false；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；如果任务还没有执行，则无论 mayInterruptIfRunning 为 true 还是 false，肯定返回 true。
  • isCancelled()方法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。
  • isDone()方法表示任务是否已经完成，若任务完成，则返回 true；
  • get()方法用来获取执行结果，这个方法会产生阻塞，会一直等到任务执行完毕才返回；
  • get(long timeout, TimeUnit unit)用来获取执行结果，如果在指定时间内，还没获取到结果，就直接返回 null。
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。
由于 Future 只是一个接口，如果直接 new 的话，编译器是会有一个警告的，它会提醒我们最好使用 FutureTask。
实际上，FutureTask 是 Future 接口的一个唯一实现类，我们在前面的例子中executorService.submit()返回的就是 FutureTask。

异步计算结果 FutureTask 实现类

我们来看一下 FutureTask 的实现：
public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>
FutureTask 类实现了 RunnableFuture 接口，我们看一下 RunnableFuture 接口的实现：
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> { void run(); }
可以看出 RunnableFuture 继承了 Runnable 接口和 Future 接口，而 FutureTask 实现了 RunnableFuture 接口。所以它既可以作为 Runnable 被线程执行，又可以作为 Future 得到 Callable 的返回值。
FutureTask 提供了 2 个构造器：
public FutureTask(Callable<V> callable) { } public FutureTask(Runnable runnable, V result) { }
当需要异步执行一个计算并在稍后的某个时间点获取其结果时，就可以使用 FutureTask。举个🌰
// 创建一个固定大小的线程池 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3); // 创建一系列 Callable Callable<Integer>[] tasks = new Callable[5]; for (int i = 0; i < tasks.length; i++) { final int index = i; tasks[i] = new Callable<Integer>() { @Override public Integer call() throws Exception { TimeUnit.SECONDS.sleep(index + 1); return (index + 1) * 100; } }; } // 将 Callable 包装为 FutureTask，并提交到线程池 FutureTask<Integer>[] futureTasks = new FutureTask[tasks.length]; for (int i = 0; i < tasks.length; i++) { futureTasks[i] = new FutureTask<>(tasks[i]); executorService.submit(futureTasks[i]); } // 获取任务结果 for (int i = 0; i < futureTasks.length; i++) { System.out.println("Result of task" + (i + 1) + ": " + futureTasks[i].get()); } // 关闭线程池 executorService.shutdown();
以下是程序的执行结果：

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