Callable和Future接口以及FutureTask的实现

Callable 接口

使用 Runnable 创建线程时，当线程终止时（即run()完成时），我们无法使线程返回结果。为了支持此功能，Java 中提供了 Callable 接口。

Callable 接口的特点如下

为了实现 Runnable，需要实现不返回任何内容的run()方法，而对于 Callable，需要实现在完成时返回结果的call()方法。
call()方法可以引发异常，而run()则不能。
为实现 Callable 而必须重写 call 方法
不能直接替换 runnable，因为 Thread 类的构造方法根本没有 Callable

// 创建新类MyThread实现runnable接口
class MyThread implements Runnable{
 @Override
 public void run() {
 
 }
}


// 新类MyThread2实现callable接口
class MyThread2 implements Callable<Integer>{
 @Override
 public Integer call() throws Exception {
  return 200;
 } 
}

Future 接口

当call()方法完成时，结果必须存储在主线程已知的对象中，以便主线程可以知道该线程返回的结果。为此，可以使用 Future 对象。

将 Future 视为保存结果的对象，它可能暂时不保存结果，但将来会保存（一旦 Callable 返回）。Future 基本上是主线程可以跟踪进度以及其他线程的结果的一种方式。要实现此接口，必须重写 5 种方法，这里列出了重要的方法,如下:

public boolean cancel（boolean mayInterrupt）：用于停止任务。
如果尚未启动，它将停止任务。如果已启动，则仅在 mayInterrupt 为 true 时才会中断任务。
public Object get（）抛出 InterruptedException，ExecutionException：用于获取任务的结果。
如果任务完成，它将立即返回结果，否则将等待任务完成，然后返回结果。
public boolean isDone（）：如果任务完成，则返回 true，否则返回 false

可以看到 Callable 和 Future 做两件事，Callable 与 Runnable 类似，因为它封装了要在另一个线程上运行的任务，而 Future 用于存储从另一个线程获得的结果。实际上，future 也可以与 Runnable 一起使用。

要创建线程，需要 Runnable。为了获得结果，需要 future。

FutureTask

Java 库具有具体的 FutureTask 类型，该类型实现 Runnable 和 Future，并方便地将两种功能组合在一起。

可以通过为其构造函数提供 Callable 来创建 FutureTask。然后，将 FutureTask 对象提供给 Thread 的构造函数以创建 Thread 对象。因此，间接地使用 Callable 创建线程。

核心原理

在主线程中需要执行比较耗时的操作时，但又不想阻塞主线程时，可以把这些作业交给 Future 对象在后台完成
当主线程将来需要时，就可以通过 Future 对象获得后台作业的计算结果或者执行状态
一般 FutureTask 多用于耗时的计算，主线程可以在完成自己的任务后，再去获取结果。
仅在计算完成时才能检索结果；如果计算尚未完成，则阻塞 get 方法
一旦计算完成，就不能再重新开始或取消计算
get 方法而获取结果只有在计算完成时获取，否则会一直阻塞直到任务转入完成状态，然后会返回结果或者抛出异常
get 只计算一次,因此 get 方法放到最后

FutureTask 是什么？

线程池的实现核心之一是 FutureTask。在提交任务时，用户实现的 Callable 实例 task 会被包装为 FutureTask 实例 ftask；提交后任务异步执行，无需用户关心；当用户需要时，再调用 FutureTask#get()获取结果——或异常。

基本使用

方法中可能会调用到多个服务/方法，且这些服务/方法之间是互相独立的，不存在先后关系。在高并发场景下，如果执行比较耗时，可以考虑多线程异步的方式调用。

我们先模拟两个耗时服务

一个150ms，一个200ms：

public class UserApi {

    /** 查询用户基本信息，模拟耗时150ms */
    public String queryUserInfo(long userId) {
        String userInfo = "userInfo: " + userId;

        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(150L);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return userInfo;
    }

    /** 查询用户地址，模拟耗时200ms */
    public String queryUserAddress(long userId) {
        String userAddress = "userAddress: " + userId;

        try {
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200L);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return userAddress;
    }
}

不使用 FutureTask

@Test
public void testNotUseFutureTask() {
    UserApi userApi = new UserApi();

    long userId = 12;
    long startTime = System.currentTimeMillis();

    // 获取用户基本信息
    String userInfo = userApi.queryUserInfo(userId);
    // 获取用户地址
    String userAddress = userApi.queryUserAddress(userId);

    System.err.println("testNotUseFutureTask 耗时：" + (System.currentTimeMillis() - startTime));
}

执行结果:

testNotUseFutureTask 耗时：352

从结果中，可以看到，总耗时是大于queryUserInfo和queryUserAddress之和的。但这两个服务逻辑上并不存在先后关系，理论上最长耗时取决于最慢的那个，即queryUserAddress

使用 FutureTask

下例使用了FutureTask，来异步调用queryUserInfo和queryUserAddress

@Test
public void testUseFutureTask() throws ExecutionException, InterruptedException {
    UserApi userApi = new UserApi();

    long userId = 12;
    long startTime = System.currentTimeMillis();

    Callable<String> userInfoCallable = new Callable<String>() {
        @Override
        public String call() throws Exception {
            return userApi.queryUserInfo(userId);
        }
    };
    Callable<String> userAddressCallable = new Callable<String>() {
        @Override
        public String call() throws Exception {
            return userApi.queryUserAddress(userId);
        }
    };
    FutureTask<String> userInfoFutureTask = new FutureTask<>(userInfoCallable);
    FutureTask<String> userAddressFutureTask = new FutureTask<>(userAddressCallable);

    new Thread(userInfoFutureTask).start();
    new Thread(userAddressFutureTask).start();

    //执行查询用户信息和用户地址的操作
    String userInfo = userInfoFutureTask.get();
    String userAddress = userAddressFutureTask.get();

    System.err.println("testUseFutureTask 耗时：" + (System.currentTimeMillis() - startTime));
}

执行结果

testUseFutureTask 耗时：201

很明显，总耗时大大减少了，这就验证了前面所说，总耗时取决于queryUserAddress的耗时。

小结

在主线程中需要执行比较耗时的操作时，但又不想阻塞主线程时，可以把这些作业交给 Future 对象在后台完成, 当主线程将来需要时，就可以通过 Future 对象获得后台作业的计算结果或者执行状态
一般 FutureTask 多用于耗时的计算，主线程可以在完成自己的任务后，再去获取结果
仅在计算完成时才能检索结果；如果计算尚未完成，则阻塞 get 方法。一旦计算完成，就不能再重新开始或取消计算。get 方法而获取结果只有在计算完成时获取，否则会一直阻塞直到任务转入完成状态，然后会返回结果或者抛出异常。
只计算一次