深度學(xué)習(xí)Java Future (二)

作者: 一字馬胡
轉(zhuǎn)載標(biāo)志 【2017-12-08】

更新日志

日期 更新內(nèi)容 備注
2017-12-08 學(xué)習(xí)Future的總結(jié) 關(guān)于Future的深入學(xué)習(xí)內(nèi)容

導(dǎo)入

深度學(xué)習(xí)Java Future 系列:

第一篇文章基于FutureTask的Future基本實(shí)現(xiàn)來分析了Java Future的基本原理拍谐,F(xiàn)utureTask只是Future接口的一個基本實(shí)現(xiàn)秧廉,并且是作為一個Task對象存在的膛壹,F(xiàn)utureTask本身并不管理執(zhí)行線程池相關(guān)的內(nèi)容,我們生成一個FutureTask對象的動機(jī)是我們希望將我們的task包裝成一個FutureTask對象赵刑,使得我們可以借助FutureTask的特性來控制我們的任務(wù)分衫。雖然FutureTask較為簡單,但是可以從FutureTask的具體實(shí)現(xiàn)中學(xué)習(xí)一些Future的知識料睛,至少對于Future的定位應(yīng)該是更進(jìn)一步的丐箩,在進(jìn)行接下來的內(nèi)容之前摇邦,需要再次重申的是,F(xiàn)uture是一個可以代表異步計(jì)算結(jié)果的對象屎勘,并且Future提供了一些方法來讓調(diào)用者控制任務(wù)施籍,比如可以取消任務(wù)的執(zhí)行(當(dāng)然可能取消會失敗)概漱,或者設(shè)置超時時間來取得我們的任務(wù)的運(yùn)行結(jié)果丑慎。本文是深度學(xué)習(xí)Java Future 系列的第二篇文章,和第一篇文章借助FutureTask的具體實(shí)現(xiàn)來學(xué)習(xí)一樣瓤摧,本文也將借助一個具體的Future實(shí)現(xiàn)來分析總結(jié)竿裂,因?yàn)镃ompletableFuture在平時的開發(fā)中使用的頻率較高,所以本文將選擇使用CompletableFuture的具體實(shí)現(xiàn)來繼續(xù)分析Future照弥,試圖通過分析CompletableFuture的某些方法的實(shí)現(xiàn)來學(xué)習(xí)關(guān)于Future更為深層次的知識腻异。

下面的圖片展示了CompletableFuture的類圖關(guān)系:

可以看到,CompletableFuture同時實(shí)現(xiàn)了兩個接口这揣,分別為Future和CompletionStage悔常,CompletionStage是CompletableFuture提供的一些非常豐富的接口,可以借助這些接口來實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的異步計(jì)算工作给赞,基于本文的主題是Future机打,所以本文不會過多的分析關(guān)于CompletionStage的內(nèi)容,如果想要了解CompletableFuture中關(guān)于CompletionStage的一些細(xì)節(jié)內(nèi)容片迅,可以參考文章Java CompletableFuture残邀,該文章詳細(xì)完整的描述了CompletableFuture中關(guān)于CompletionStage接口的實(shí)現(xiàn)情況。

CompletableFuture

首先來分析一下CompletableFuture的get方法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)柑蛇,CompletableFuture實(shí)現(xiàn)了Future的所有接口芥挣,包括兩個get方法,一個是不帶參數(shù)的get方法耻台,一個是可以設(shè)置等待時間的get方法九秀,首先來看一下CompletableFuture中不帶參數(shù)的get方法的具體實(shí)現(xiàn):


    public T get() throws InterruptedException, ExecutionException {
        Object r;
        return reportGet((r = result) == null ? waitingGet(true) : r);
    }


result字段代表任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果,所以首先判斷是否為null粘我,為null則表示任務(wù)還沒有執(zhí)行結(jié)束,那么就會調(diào)用waitingGet方法來等待任務(wù)執(zhí)行完成痹换,如果result不為null征字,那么說明任務(wù)已經(jīng)成功執(zhí)行結(jié)束了,那么就調(diào)用reportGet來返回結(jié)果娇豫,下面先來看一下waitingGet方法的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié):


   /**
     * Returns raw result after waiting, or null if interruptible and
     * interrupted.
     */
    private Object waitingGet(boolean interruptible) {
        Signaller q = null;
        boolean queued = false;
        int spins = -1;
        Object r;
        while ((r = result) == null) {
            if (spins < 0)
                spins = (Runtime.getRuntime().availableProcessors() > 1) ?
                    1 << 8 : 0; // Use brief spin-wait on multiprocessors
            else if (spins > 0) {
                if (ThreadLocalRandom.nextSecondarySeed() >= 0)
                    --spins;
            }
            else if (q == null)
                q = new Signaller(interruptible, 0L, 0L);
            else if (!queued)
                queued = tryPushStack(q);
            else if (interruptible && q.interruptControl < 0) {
                q.thread = null;
                cleanStack();
                return null;
            }
            else if (q.thread != null && result == null) {
                try {
                    ForkJoinPool.managedBlock(q);
                } catch (InterruptedException ie) {
                    q.interruptControl = -1;
                }
            }
        }
        if (q != null) {
            q.thread = null;
            if (q.interruptControl < 0) {
                if (interruptible)
                    r = null; // report interruption
                else
                    Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }
        postComplete();
        return r;
    }

這個方法的實(shí)現(xiàn)時比較復(fù)雜的匙姜,方法中有幾個地方需要特別注意,下面先來看一下spins是做什么的冯痢,根據(jù)注釋氮昧,可以知道spins是用來在多核心環(huán)境下的自旋操作的框杜,所謂自旋就是不斷循環(huán)等待判斷,從代碼可以看出在多核心環(huán)境下袖肥,spins會被初始化為1 << 8咪辱,然后在自旋的過程中如果發(fā)現(xiàn)spins大于0,那么就通過一個關(guān)鍵方法ThreadLocalRandom.nextSecondarySeed()來進(jìn)行spins的更新操作椎组,如果ThreadLocalRandom.nextSecondarySeed()返回的結(jié)果大于0油狂,那么spins就減1,否則不更新spins寸癌。ThreadLocalRandom.nextSecondarySeed()方法其實(shí)是一個類似于并發(fā)環(huán)境下的random专筷,是線程安全的。

接下來還需要注意的一個點(diǎn)是Signaller蒸苇,從Signaller的實(shí)現(xiàn)上可以發(fā)現(xiàn)磷蛹,Signaller實(shí)現(xiàn)了ForkJoinPool.ManagedBlocker,下面是ForkJoinPool.ManagedBlocker的接口定義:


    public static interface ManagedBlocker {
        /**
         * Possibly blocks the current thread, for example waiting for
         * a lock or condition.
         *
         * @return {@code true} if no additional blocking is necessary
         * (i.e., if isReleasable would return true)
         * @throws InterruptedException if interrupted while waiting
         * (the method is not required to do so, but is allowed to)
         */
        boolean block() throws InterruptedException;

        /**
         * Returns {@code true} if blocking is unnecessary.
         * @return {@code true} if blocking is unnecessary
         */
        boolean isReleasable();
    }

ForkJoinPool.ManagedBlocker的目的是為了保證ForkJoinPool的并行性溪烤,具體分析還需要更為深入的學(xué)習(xí)Fork/Join框架味咳。繼續(xù)回到waitingGet方法中,在自旋過程中會調(diào)用ForkJoinPool.managedBlock(ForkJoinPool.ManagedBlocker)來進(jìn)行阻塞工作氛什,實(shí)際的效果就是讓線程等任務(wù)執(zhí)行完成莺葫,CompletableFuture中與Fork/Join的交叉部分內(nèi)容不再本文的描述范圍,日后再進(jìn)行分析總結(jié)枪眉∞嗝剩總得看起來,waitingGet實(shí)現(xiàn)的功能就是等待任務(wù)執(zhí)行完成贸铜,執(zhí)行完成返回結(jié)果并做一些收尾工作堡纬。

現(xiàn)在來看reportGet方法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),在判斷任務(wù)執(zhí)行完成之后蒿秦,get方法會調(diào)用reportGet方法來獲取結(jié)果:


    /**
     * Reports result using Future.get conventions.
     */
    private static <T> T reportGet(Object r)
        throws InterruptedException, ExecutionException {
        if (r == null) // by convention below, null means interrupted
            throw new InterruptedException();
        if (r instanceof AltResult) {
            Throwable x, cause;
            if ((x = ((AltResult)r).ex) == null)
                return null;
            if (x instanceof CancellationException)
                throw (CancellationException)x;
            if ((x instanceof CompletionException) &&
                (cause = x.getCause()) != null)
                x = cause;
            throw new ExecutionException(x);
        }
        @SuppressWarnings("unchecked") T t = (T) r;
        return t;
    }

如果result為null烤镐,說明任務(wù)時被中斷的,拋出中斷異常棍鳖,如果result類型為AltResult炮叶,代表執(zhí)行過程中出現(xiàn)異常了,那么就拋出相應(yīng)的異常渡处,否則镜悉,返回result。

分析完了不帶參數(shù)的get方法(阻塞等待)之后医瘫,現(xiàn)在來分析一下帶超時參數(shù)的get方法的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié):


    public T get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
        Object r;
        long nanos = unit.toNanos(timeout);
        return reportGet((r = result) == null ? timedGet(nanos) : r);
    }

和不帶參數(shù)的get方法一樣侣肄,還是會判斷任務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行完成了,如果完成了會調(diào)用reportGet方法來返回最終的執(zhí)行結(jié)果(或者拋出異常)醇份,否則稼锅,會調(diào)用timedGet來進(jìn)行超時等待吼具,timedGet會等待一段時間,然后拋出超時異常(或者執(zhí)行結(jié)束返回正常結(jié)果)矩距,下面是timedGet方法的具體細(xì)節(jié):


    private Object timedGet(long nanos) throws TimeoutException {
        if (Thread.interrupted())
            return null;
        if (nanos <= 0L)
            throw new TimeoutException();
        long d = System.nanoTime() + nanos;
        Signaller q = new Signaller(true, nanos, d == 0L ? 1L : d); // avoid 0
        boolean queued = false;
        Object r;
        // We intentionally don't spin here (as waitingGet does) because
        // the call to nanoTime() above acts much like a spin.
        while ((r = result) == null) {
            if (!queued)
                queued = tryPushStack(q);
            else if (q.interruptControl < 0 || q.nanos <= 0L) {
                q.thread = null;
                cleanStack();
                if (q.interruptControl < 0)
                    return null;
                throw new TimeoutException();
            }
            else if (q.thread != null && result == null) {
                try {
                    ForkJoinPool.managedBlock(q);
                } catch (InterruptedException ie) {
                    q.interruptControl = -1;
                }
            }
        }
        if (q.interruptControl < 0)
            r = null;
        q.thread = null;
        postComplete();
        return r;
    }


在timedGet中不再使用spins來進(jìn)行自旋拗盒,因?yàn)楝F(xiàn)在可以確定需要等待多少時間了。timedGet的邏輯和waitingGet的邏輯類似剩晴,畢竟都是在等待任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果锣咒。

除了兩個get方法之前,CompletableFuture還提供了一個方法getNow赞弥,代表需要立刻返回不進(jìn)行阻塞等待毅整,下面是getNow的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié):


    public T getNow(T valueIfAbsent) {
        Object r;
        return ((r = result) == null) ? valueIfAbsent : reportJoin(r);
    }

getNow很簡單,判斷result是否為null绽左,如果不為null則直接返回悼嫉,否則返回參數(shù)中傳遞的默認(rèn)值。

分析完了get部分的內(nèi)容拼窥,下面開始分析CompletableFuture最為重要的一個部分戏蔑,就是如何開始一個任務(wù)的執(zhí)行。下文中將分析supplyAsync的具體執(zhí)行流程鲁纠,supplyAsync有兩個版本总棵,一個是不帶Executor的,還有一個是指定Executor的改含,下面首先分析一下不指定Executor的supplyAsync版本的具體實(shí)現(xiàn)流程:


    public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier) {
        return asyncSupplyStage(asyncPool, supplier);
    }


    static <U> CompletableFuture<U> asyncSupplyStage(Executor e,
                                                     Supplier<U> f) {
        if (f == null) throw new NullPointerException();
        CompletableFuture<U> d = new CompletableFuture<U>();
        e.execute(new AsyncSupply<U>(d, f));
        return d;
    }

可以看到supplyAsync會調(diào)用asyncSupplyStage情龄,并且指定一個默認(rèn)的asyncPool來執(zhí)行任務(wù),CompletableFuture是管理執(zhí)行任務(wù)的線程池的捍壤,這一點(diǎn)是和FutureTask的區(qū)別骤视,F(xiàn)utureTask只是一個可以被執(zhí)行的task,而CompletableFuture本身就管理者線程池鹃觉,可以由CompletableFuture本身來管理任務(wù)的執(zhí)行专酗。這個默認(rèn)的線程池是什么?


    private static final boolean useCommonPool =
        (ForkJoinPool.getCommonPoolParallelism() > 1);

    /**
     * Default executor -- ForkJoinPool.commonPool() unless it cannot
     * support parallelism.
     */
    private static final Executor asyncPool = useCommonPool ?
        ForkJoinPool.commonPool() : new ThreadPerTaskExecutor();


首先會做一個判斷盗扇,如果條件滿足就使用ForkJoinPool的commonPool作為默認(rèn)的Executor祷肯,否則會使用一個ThreadPerTaskExecutor來作為CompletableFuture來做默認(rèn)的Executor。

接著看asyncSupplyStage疗隶,我們提交的任務(wù)會被包裝成一個AsyncSupply對象躬柬,然后交給CompletableFuture發(fā)現(xiàn)的Executor來執(zhí)行,那AsyncSupply是什么呢抽减?


   static final class AsyncSupply<T> extends ForkJoinTask<Void>
            implements Runnable, AsynchronousCompletionTask {
        CompletableFuture<T> dep; Supplier<T> fn;
        AsyncSupply(CompletableFuture<T> dep, Supplier<T> fn) {
            this.dep = dep; this.fn = fn;
        }

        public final Void getRawResult() { return null; }
        public final void setRawResult(Void v) {}
        public final boolean exec() { run(); return true; }

        public void run() {
            CompletableFuture<T> d; Supplier<T> f;
            if ((d = dep) != null && (f = fn) != null) {
                dep = null; fn = null;
                if (d.result == null) {
                    try {
                        d.completeValue(f.get());
                    } catch (Throwable ex) {
                        d.completeThrowable(ex);
                    }
                }
                d.postComplete();
            }
        }
    }

觀察到AsyncSupply實(shí)現(xiàn)了Runnable,而Executor會執(zhí)行Runnable的run方法來獲得結(jié)構(gòu)橄碾,所以主要看AsyncSupply的run方法的具體細(xì)節(jié)卵沉,可以看到颠锉,run方法中會試圖去獲取任務(wù)的結(jié)果,如果不拋出異常史汗,那么會調(diào)用CompletableFuture的completeValue方法琼掠,否則會調(diào)用CompletableFuture的completeThrowable方法,最后會調(diào)用CompletableFuture的postComplete方法來做一些收尾工作停撞,主要來看前兩個方法的細(xì)節(jié)瓷蛙,首先是completeValue方法:


    /** Completes with a non-exceptional result, unless already completed. */
    final boolean completeValue(T t) {
        return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, RESULT, null,
                                           (t == null) ? NIL : t);
    }

completeValue方法會調(diào)用UNSAFE.compareAndSwapObject來講任務(wù)的結(jié)果設(shè)置到CompletableFuture的result字段中去。如果在執(zhí)行任務(wù)的時候拋出異常戈毒,會調(diào)用completeThrowable方法艰猬,下面是completeThrowable方法的細(xì)節(jié):


    /** Completes with an exceptional result, unless already completed. */
    final boolean completeThrowable(Throwable x) {
        return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, RESULT, null,
                                           encodeThrowable(x));
    }

指定Executor的supplyAsync方法和沒有指定Executor參數(shù)的supplyAsync方法的唯一區(qū)別就是執(zhí)行任務(wù)的Executor,所以不再贅述埋市。

到這里冠桃,可以知道Executor實(shí)際執(zhí)行的代碼到底是什么了,回到asyncSupplyStage方法道宅,接著就會執(zhí)行Executor.execute方法來執(zhí)行任務(wù)食听,需要注意的是,asyncSupplyStage方法返回的是一個CompletableFuture污茵,并且立刻返回的樱报,具體的任務(wù)處理邏輯是有Executor來執(zhí)行的,當(dāng)任務(wù)處理完成的時候泞当,Executor中負(fù)責(zé)處理的線程會將任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果設(shè)置到CompletableFuture的result字段中去迹蛤。

本文的內(nèi)容到此也就結(jié)束了,上文中提到零蓉,CompletableFuture提供了大量實(shí)用的方法來支持我們的異步任務(wù)笤受,具體提供的方法可以參考上文中提供的鏈接,或者直接參考jdk源碼敌蜂、javadoc來獲取更為詳細(xì)的內(nèi)容箩兽,本文的目的是解析CompletableFuture的任務(wù)處理流程,并且試圖分析Future在CompletableFuture中的使用章喉,以更深入的理解Future汗贫,結(jié)合第一篇深度學(xué)習(xí)Java Future系列的文章,希望可以更加深入的理解Future秸脱,并且知道Future在java并發(fā)編程落包、異步計(jì)算中的重要作用。

最后編輯于
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
  • 序言:七十年代末摊唇,一起剝皮案震驚了整個濱河市咐蝇,隨后出現(xiàn)的幾起案子,更是在濱河造成了極大的恐慌巷查,老刑警劉巖有序,帶你破解...
    沈念sama閱讀 211,743評論 6 492
  • 序言:濱河連續(xù)發(fā)生了三起死亡事件抹腿,死亡現(xiàn)場離奇詭異,居然都是意外死亡旭寿,警方通過查閱死者的電腦和手機(jī)警绩,發(fā)現(xiàn)死者居然都...
    沈念sama閱讀 90,296評論 3 385
  • 文/潘曉璐 我一進(jìn)店門,熙熙樓的掌柜王于貴愁眉苦臉地迎上來盅称,“玉大人肩祥,你說我怎么就攤上這事∷跸ィ” “怎么了混狠?”我有些...
    開封第一講書人閱讀 157,285評論 0 348
  • 文/不壞的土叔 我叫張陵,是天一觀的道長逞盆。 經(jīng)常有香客問我檀蹋,道長,這世上最難降的妖魔是什么云芦? 我笑而不...
    開封第一講書人閱讀 56,485評論 1 283
  • 正文 為了忘掉前任俯逾,我火速辦了婚禮,結(jié)果婚禮上舅逸,老公的妹妹穿的比我還像新娘桌肴。我一直安慰自己,他們只是感情好琉历,可當(dāng)我...
    茶點(diǎn)故事閱讀 65,581評論 6 386
  • 文/花漫 我一把揭開白布坠七。 她就那樣靜靜地躺著,像睡著了一般旗笔。 火紅的嫁衣襯著肌膚如雪彪置。 梳的紋絲不亂的頭發(fā)上,一...
    開封第一講書人閱讀 49,821評論 1 290
  • 那天蝇恶,我揣著相機(jī)與錄音拳魁,去河邊找鬼。 笑死撮弧,一個胖子當(dāng)著我的面吹牛潘懊,可吹牛的內(nèi)容都是我干的。 我是一名探鬼主播贿衍,決...
    沈念sama閱讀 38,960評論 3 408
  • 文/蒼蘭香墨 我猛地睜開眼授舟,長吁一口氣:“原來是場噩夢啊……” “哼!你這毒婦竟也來了贸辈?” 一聲冷哼從身側(cè)響起释树,我...
    開封第一講書人閱讀 37,719評論 0 266
  • 序言:老撾萬榮一對情侶失蹤,失蹤者是張志新(化名)和其女友劉穎,沒想到半個月后躏哩,有當(dāng)?shù)厝嗽跇淞掷锇l(fā)現(xiàn)了一具尸體署浩,經(jīng)...
    沈念sama閱讀 44,186評論 1 303
  • 正文 獨(dú)居荒郊野嶺守林人離奇死亡,尸身上長有42處帶血的膿包…… 初始之章·張勛 以下內(nèi)容為張勛視角 年9月15日...
    茶點(diǎn)故事閱讀 36,516評論 2 327
  • 正文 我和宋清朗相戀三年扫尺,在試婚紗的時候發(fā)現(xiàn)自己被綠了。 大學(xué)時的朋友給我發(fā)了我未婚夫和他白月光在一起吃飯的照片炊汤。...
    茶點(diǎn)故事閱讀 38,650評論 1 340
  • 序言:一個原本活蹦亂跳的男人離奇死亡正驻,死狀恐怖,靈堂內(nèi)的尸體忽然破棺而出抢腐,到底是詐尸還是另有隱情姑曙,我是刑警寧澤,帶...
    沈念sama閱讀 34,329評論 4 330
  • 正文 年R本政府宣布迈倍,位于F島的核電站伤靠,受9級特大地震影響,放射性物質(zhì)發(fā)生泄漏啼染。R本人自食惡果不足惜宴合,卻給世界環(huán)境...
    茶點(diǎn)故事閱讀 39,936評論 3 313
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一處隱蔽的房頂上張望迹鹅。 院中可真熱鬧卦洽,春花似錦、人聲如沸斜棚。這莊子的主人今日做“春日...
    開封第一講書人閱讀 30,757評論 0 21
  • 文/蒼蘭香墨 我抬頭看了看天上的太陽弟蚀。三九已至蚤霞,卻和暖如春,著一層夾襖步出監(jiān)牢的瞬間义钉,已是汗流浹背昧绣。 一陣腳步聲響...
    開封第一講書人閱讀 31,991評論 1 266
  • 我被黑心中介騙來泰國打工, 沒想到剛下飛機(jī)就差點(diǎn)兒被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留断医,地道東北人滞乙。 一個月前我還...
    沈念sama閱讀 46,370評論 2 360
  • 正文 我出身青樓,卻偏偏與公主長得像鉴嗤,于是被迫代替她去往敵國和親斩启。 傳聞我的和親對象是個殘疾皇子绘迁,可洞房花燭夜當(dāng)晚...
    茶點(diǎn)故事閱讀 43,527評論 2 349

推薦閱讀更多精彩內(nèi)容