Java线程池FutureTask实现原理的示例分析

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前言

线程池可以并发执行多个任务，有些时候，我们可能想要跟踪任务的执行结果，甚至在一定时间内，如果任务没有执行完成，我们可能还想要取消任务的执行，为了支持这一特性，ThreadPoolExecutor提供了 FutureTask 用于追踪任务的执行和取消。

类视图

为了更好的理解FutureTask的实现原理，这里先提供几个重要接口和类的结构，如下图所示：

RunnableAdapter

ThreadPoolExecutor提供了submit接口用于提交任务，submit支持Runnable和Callable两种不同的接口，为了提供统一的对外接口，jdk在内部把Runnable给包装成了一个Callable，这一切是通过RunnableAdapter这个适配器来实现的。如下为RunnableAdapter的源码：

static final class RunnableAdapter implements Callable {
    final Runnable task;
    final T result;
    RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
      this.task = task;
      this.result = result;
    }
    public T call() {
      task.run();
      return result;
    }
  }

RunnableAdapter是Callable 的实现类，实现了call方法，而call方法仅仅是调用task.run(),然后return result，这样就能够确保在内部只需要统一处理Callable接口。

FutureTask实现原理

通过上一小节的了解，我们知道提交的Runnable任务在内部统一被转换为Callable任务。查看submit方法的返回值，为一个Future，实际上这个Futrue为FutureTask实例，通过此实例，调用get方法，可以阻塞当前线程，直到任务运行完毕，返回结果。

整个调用链条如下所示：

worker thread -> futureTask.run() -> callable.call() -> task.run()

如果提交的是Callable任务，则只有前面三个调用。

为了更好的展示整个流程，下面举例演示一遍执行流程。

1、 向线程池submit一个Callable任务(Runnable也会被转为Callable)， 这时候Callable被传入一个FutureTask实例中，如下所示：

2、线程池使用一个线程，执行这个 FutureTask 任务，

线程执行任务过程比较简单，最终会调用Callable.call()或者是 Runnable.run()方法，然后得到一个结果，把结果存储在FutureTask实例的outcome属性中，同时把状态修改为NORMAL，表明任务已经执行完毕，可以获取结果了。

我们假设在执行 callable.call() 过程中有多个线程调用了 同个FutureTask实例的get方法，这时候，这些线程会被阻塞，存于一个栈中， 如下图所示：

线程1，2，3调用FutureTask.get方法，由于任务未执行结束，这时候，三个线程都将被阻塞休眠，FutureTask中有一个栈，用于存放等待线程，栈顶指针为 FutureTask.waiters引用，当任务执行完毕后，会迭代唤醒整个栈中的线程，这时候，各个线程都将被唤醒，并且可以顺利拿到任务的执行结果(执行结果存于 FutureTask.outcome) 。

FutureTask还支持任务的取消功能，这一切都是通过 FutureTask的state状态来协调多个线程的。

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标题名称：Java线程池FutureTask实现原理的示例分析
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