并发 - Callable 与 Future

知识点 5.1：并发编程进阶 —— Callable 与 Future

在学习了 Runnable 之后，我们很快会发现它的两个主要局限：

1. run() 方法没有返回值。
2. run() 方法不能抛出受检异常。

为了解决这两个问题，JUC 提供了一对更强大的组合：Callable 和 Future。

1. 核心理论：Callable 接口

java.util.concurrent.Callable 是一个类似于 Runnable 的接口，但功能更强。

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

从源码可以看出它与 Runnable 的三大区别：

1. 方法名不同: 一个是 call()，一个是 run()。
2. 有返回值: call() 方法可以返回一个泛型 V 的结果。
3. 能抛出异常: call() 方法的签名上声明了 throws Exception，这意味着你可以在任务中抛出受检异常。

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2. 深度剖析：Future —— 未来的“提货单”

既然 Callable 能返回结果，那我们怎么获取这个结果呢？

直接用一个变量去接 call() 的返回值是行不通的，因为 call() 是在另一个线程中异步执行的。主线程提交任务后，不会傻傻地一直等着，它会继续做自己的事。

为了解决这个问题，JUC 设计了 Future 接口。当你把一个 Callable 任务提交给线程池时，线程池会立刻返回一个 Future 对象。这个 Future 对象就像一张“提货单”或“承诺书”。

Future 接口的核心方法：

• V get(): 这是一个阻塞方法。当主线程调用它时：

  • 如果任务已经执行完毕，它会立刻返回 Callable 的执行结果。
  • 如果任务还在执行中，主线程会阻塞在这里，一直等到任务执行完毕再返回结果。
  • 如果任务在执行过程中抛出了异常，那么 get() 方法会把那个异常原封不动地再次抛出来。

• V get(long timeout, TimeUnit unit): 带超时的 get()。主线程最多只阻塞指定的时间。如果超时后任务还没完成，会抛出 TimeoutException。

• boolean isDone(): 判断任务是否已经执行完成（无论是正常完成、异常终止还是被取消）。这个方法是非阻塞的，常用于轮询。

• boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning): 尝试取消任务的执行。

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3. 生活中的例子与代码示例

• 生活比喻: 你去一家高级咖啡店点了一杯手冲咖啡（一个耗时的 Callable 任务）。

  • 你下单后，店员不会让你站在原地干等，而是会给你一个取餐牌（Future 对象），然后你就可以回到座位上玩手机了（主线程继续执行）。
  • 你随时可以看一眼取餐牌上的状态灯（调用 isDone()），看看咖啡好了没。
  • 当你觉得差不多了，就拿着取餐牌去柜台取咖啡（调用 get()）。如果咖啡师正在做，你就得在柜台前等一会儿（get() 阻塞）。如果咖啡做好了，你就能拿到咖啡（获取返回值）。如果制作过程中咖啡豆用完了（任务抛出异常），店员会告诉你这个坏消息（get() 抛出异常）。

• 核心代码示例:

package com.study.concurrency;import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;public class CallableAndFutureExample {public static void main(String[] args) {ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);// 传统方式：创建一个实现了 Callable 接口的类Callable<String> traditionalTask = new Callable<String>() {@Overridepublic String call() throws Exception {Thread.sleep(1000);return "传统方式执行完毕";}};Future<String> future1 = executor.submit(traditionalTask);// Lambda 方式 (Java 8+ 推荐)// 因为 Callable 也是函数式接口，所以可以直接用 Lambda 表达式Callable<String> lambdaTask = () -> {Thread.sleep(2000);// 模拟抛出异常if (true) { // a conditionthrow new IllegalStateException("Lambda 任务出错了");}return "Lambda 方式执行完毕";};Future<String> future2 = executor.submit(lambdaTask);System.out.println("主线程：已提交2个任务。");try {System.out.println("获取传统任务结果: " + future1.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}try {System.out.println("获取 Lambda 任务结果: " + future2.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {// 注意：原始异常被包装在 ExecutionException 中System.err.println("获取 Lambda 任务结果时出错: " + e.getCause());}executor.shutdown();}
}