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