前言
代碼寫(xiě)到一定程度咆瘟,多線程是必須要學(xué)會(huì)的审轮,不然就是永遠(yuǎn)的CURD咸魚(yú)了。
生活中的多線程就像是領(lǐng)導(dǎo)一定會(huì)剝削你讓你同時(shí)做多個(gè)項(xiàng)目一樣,在處理多個(gè)任務(wù)時(shí)疾渣,如果幾個(gè)項(xiàng)目都有待定的內(nèi)容時(shí)汛骂,你就不能一直僵持在某個(gè)任務(wù)上,需要來(lái)回在這些任務(wù)間切換墓塌;當(dāng)然也有可能你會(huì)阻塞在某些疑難問(wèn)題上瘟忱。為了防止多個(gè)領(lǐng)導(dǎo)爭(zhēng)搶你,你得說(shuō)明你正在處理某個(gè)任務(wù)苫幢,等等访诱。
一、使用方法
public class TestFutureTask {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
// 構(gòu)建task
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(() -> {
System.out.println("任務(wù)執(zhí)行中");
Thread.sleep(5000);
return "任務(wù)執(zhí)行結(jié)果";
});
// 讓線程去運(yùn)行
Thread t0 = new Thread(futureTask, "執(zhí)行任務(wù)");
t0.start();
// 讓子線程去等待
Thread t1 = new Thread(() -> {
try {
System.out.println("t1等待");
String info = futureTask.get();
System.out.println("t1拿到: " + info);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}, "等待者1");
Thread t2 = new Thread(() -> {
try {
System.out.println("t2等待");
String info = futureTask.get();
System.out.println("t2拿到: " + info);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}, "等待者2");
Thread.sleep(1000);
t1.start();
t2.start();
}
}
輸出結(jié)果:
任務(wù)執(zhí)行中
t1等待
t2等待
t2拿到: 任務(wù)執(zhí)行結(jié)果
t1拿到: 任務(wù)執(zhí)行結(jié)果
二韩肝、原理剖析
2.1狀態(tài)信息
總共有7種狀態(tài)
// 任務(wù)對(duì)象新建的時(shí)候處于new狀態(tài)
private static final int NEW = 0;
// 這是個(gè)中間狀態(tài)触菜,因?yàn)閒uture是有結(jié)果返回的,拋異常/賦值/喚醒過(guò)程可能會(huì)多線程沖突的問(wèn)題哀峻,所以需要加一個(gè)狀態(tài)
private static final int COMPLETING = 1;
// 正常狀態(tài)涡相,任務(wù)處理完畢之后就是這個(gè)狀態(tài)
private static final int NORMAL = 2;
// 出現(xiàn)異常的時(shí)候就是這個(gè)狀態(tài)
private static final int EXCEPTIONAL = 3;
// 任務(wù)取消
private static final int CANCELLED = 4;
// 任務(wù)中斷中哲泊,任務(wù)取消的時(shí)候
private static final int INTERRUPTING = 5;
// 任務(wù)已經(jīng)中斷
private static final int INTERRUPTED = 6;
2.2構(gòu)造函數(shù)
// 通過(guò)callable創(chuàng)建任務(wù),通過(guò)call方法返回執(zhí)行結(jié)果
public FutureTask(Callable<V> callable) {
if (callable == null)
throw new NullPointerException();
this.callable = callable;
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
// 通過(guò)runnable創(chuàng)建任務(wù)催蝗,result這個(gè)傳入的result負(fù)責(zé)傳遞引用切威,就是在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中復(fù)制給它,而不是通過(guò)run方法的返回值獲取結(jié)果丙号,因?yàn)閞un沒(méi)有返回值
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
this.state = NEW; // ensure visibility of callable
}
2.3任務(wù)執(zhí)行
這里只挑個(gè)主要的來(lái)說(shuō)明,runAndReset是用來(lái)復(fù)用的先朦,如上次取消了,然后再次執(zhí)行犬缨,這里不做過(guò)多說(shuō)明喳魏。
// 線程執(zhí)行的還是run方法,說(shuō)明call方法沒(méi)有run方法吃香怀薛,即使是在它的領(lǐng)域內(nèi)刺彩,哈哈
public void run() {
// 狀態(tài)不是NEW的時(shí)候,通過(guò)cas判斷是不是當(dāng)前線程
// 就是為了防止在多個(gè)線程沖突
if (state != NEW ||
!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
null, Thread.currentThread()))
return;
try {
Callable<V> c = callable;
if (c != null && state == NEW) {
V result;
boolean ran;
try {
result = c.call();
// run的過(guò)去式枝恋,表示已經(jīng)執(zhí)行完了
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
// 異常拋出的時(shí)候調(diào)用setException创倔,這個(gè)也會(huì)有喚醒能力
result = null;
ran = false;
setException(ex);
}
if (ran)
// 設(shè)置結(jié)果,具有喚醒等到線程的能力
set(result);
}
} finally {
// runner must be non-null until state is settled to
// prevent concurrent calls to run()
runner = null;
// 獲取state的當(dāng)前值鼓择,后面會(huì)因?yàn)槿蝿?wù)的進(jìn)行改變
int s = state;
if (s >= INTERRUPTING)
// 這里面會(huì)自旋等待最終狀態(tài)三幻,采用yield方式,yield可以讓同優(yōu)先級(jí)的線程獲取鎖的權(quán)限
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
}
2.4任務(wù)完成
// 正常線程執(zhí)行完成會(huì)調(diào)用這個(gè)方法呐能,把執(zhí)行結(jié)果賦值給outcome
protected void set(V v) {
// 注意這里是沒(méi)有鎖的念搬,而是采用了cas的方式,只有在更新成功的情況下會(huì)進(jìn)入邏輯
if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
outcome = v;
// 賦值完成更新最后的線程狀態(tài)
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
finishCompletion();
}
}
// 等待線程的喚醒以及線程執(zhí)行完成的收尾工作摆出,如輔助gc的措施
private void finishCompletion() {
// 假設(shè) state > COMPLETING;
// 這里它沒(méi)有直接獲取所有waiter對(duì)象的方法朗徊,像是list那種,只能循環(huán)獲取next
for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
for (;;) {
Thread t = q.thread;
// 輔助gc將指針對(duì)象置空偎漫,這樣它就沒(méi)有引用路徑了
if (t != null) {
q.thread = null;
// 執(zhí)行unpark方法爷恳,讓線程執(zhí)行下去
LockSupport.unpark(t);
}
// 查看下個(gè)節(jié)點(diǎn)是不是還是空的,如果不是空的就繼續(xù)象踊,為空就退出循環(huán)
WaitNode next = q.next;
if (next == null)
break;
// 這里同樣需要將指針對(duì)象置空
q.next = null;
q = next;
}
break;
}
}
// 這個(gè)方法默認(rèn)是空的温亲,可以在繼承類中實(shí)現(xiàn)它,然后在線程執(zhí)行完成之后附加一些方法
done();
callable = null; // to reduce footprint
}
2.5get()方法獲取值
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
int s = state;
// 如果還在執(zhí)行中杯矩,就進(jìn)入等待
if (s <= COMPLETING)
s = awaitDone(false, 0L);
return report(s);
}
// 等待方法有兩個(gè)入?yún)⒄恍椋粋€(gè)是等待時(shí)間,還有一個(gè)是否允許等待
private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException {
final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
WaitNode q = null;
// 是否排隊(duì)等待史隆,默認(rèn)為沒(méi)有排隊(duì)
boolean queued = false;
for (;;) {
if (Thread.interrupted()) {
removeWaiter(q);
throw new InterruptedException();
}
int s = state;
if (s > COMPLETING) {
if (q != null)
q.thread = null;
return s;
}
else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
Thread.yield();
// 初始化一個(gè)等待節(jié)點(diǎn)魂务,對(duì)象中包含下個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針以及當(dāng)前線程
else if (q == null)
q = new WaitNode();
// 第一次肯定queued=false
else if (!queued)
// this表示當(dāng)前對(duì)象
// waitersOffset表示在當(dāng)前對(duì)象中waiters的內(nèi)存偏移量,通俗點(diǎn)說(shuō)就是它在對(duì)象中的位置
// q.next = waiters有兩個(gè)意思,讓next指向waiters,同時(shí)獲取waiters
// 這里的邏輯會(huì)這個(gè)新的q = new WaitNode()粘姜,放在waiters的最前面
queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
q.next = waiters, q);
// 這里按照入?yún)⒁髨?zhí)行park鬓照,park會(huì)釋放鎖,也會(huì)阻塞當(dāng)前線程
// 結(jié)合finishCompletion里面的unpark完成線程的阻塞和喚醒
else if (timed) {
nanos = deadline - System.nanoTime();
if (nanos <= 0L) {
removeWaiter(q);
return state;
}
LockSupport.parkNanos(this, nanos);
}
else
LockSupport.park(this);
}
}
三孤紧、總結(jié)
總體流程為豺裆,初始化task(NEW)->run方法執(zhí)行任務(wù)->get()方法獲取執(zhí)行結(jié)果,線程沒(méi)有執(zhí)行完坛芽,阻塞->線程執(zhí)行完畢(COMPLETING->NORMAL)留储,喚醒調(diào)用get方法的對(duì)象->結(jié)束
等待隊(duì)列的喚醒順序是和調(diào)用get方法的順序反過(guò)來(lái)的,因?yàn)槊看涡逻M(jìn)來(lái)的waiter都是放在最前面的