java中怎么理解Callable接口

本篇内容介绍了“java中怎么理解Callable接口”的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！

Callable、Executor 与 Future

既然是一个任务被执行并返回结果，那么我们先来看看具体的任务，也就是 Callable 接口。

任务：Callable

非常简单，只包含一个有泛型「返回值」的 call() 方法，需要在最后返回定义类型的结果。如果任务没有需要返回的结果，那么将泛型 V 设为 void  并return null;就可以了。对比的是 Runnable，另一个明显的区别则是 Callable可以抛出异常。

public interface Callable<V> {     V call() throws Exception; }   public interface Runnable {     public abstract void run(); }

执行：ExecutorService

说到线程就少不了线程池，而说到线程池肯定离不开 Executor 接口。下面这幅图是 Executor 的框架，我们常用的是其中的两个具体实现类  ThreadPoolExecutor 以及 ScheduledThreadPoolExecutor，在 Executors  类中通过静态方法获取。Executors 中包含了线程池以及线程工厂的构造，与 Executor 接口的关系类似于 Collection 接口和  Collections 类的关系。

那么我们自顶向下，从源码上了解一下 Executor 框架，学习学习任务是如何被执行的。首先是 Executor 接口，其中只定义了 execute()  方法。

public interface Executor {     void execute(Runnable command); }

ExecutorService 接口继承了 Executor 接口，主要扩展了一系列的 submit() 方法以及对 executor  的终止和判断状态。以第一个 Future submit(Callable task);为例，其中 task 为用户定义的执行的异步任务，Future  表示了任务的执行结果，泛型 T 代表任务结果的类型。

public interface ExecutorService extends Executor {      void shutdown();                // 现有任务完成后停止线程池       List<Runnable> shutdownNow();   // 立即停止线程池      boolean isshutdown();           // 判断是否已停止      boolean isTerminated();      <T> Future<T> submit(Callable<T> task);        // 提交Callale任务      <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);      Future<?> submit(Runnable task);      // 针对Callable集合的invokeAll()等方法 }

抽象类AbstractExecutorService 是 ThreadPoolExecutor  的基类，在下面的代码中，它实现了ExecutorService 接口中的 submit() 方法。注释中是对应的 newTaskFor()  方法的代码，非常简单，就是将传入的Callable 或 Runnable 参数封装成一个 FutureTask 对象。

// 1.第一个重载方法，参数为Callable public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {   if (task == null) throw new NullPointerException();   RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);   // return new FutureTask<T>(callable);   execute(ftask);   return ftask; }  // 2.第二个重载方法，参数为Runnable public Future<?> submit(Runnable task) {   if (task == null) throw new NullPointerException();   RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);   // return new FutureTask<T>(task, null);   execute(ftask);   return ftask; }  // 3.第三个重载方法，参数为Runnable + 返回对象 public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {   if (task == null) throw new NullPointerException();   RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);   // return new FutureTask<T>(task, result);   execute(ftask);   return ftask; }

那么也就是说，无论传入的是 Callable 还是 Runnable，submit() 方法其实就做了三件事

具体来说，submit() 中首先生成了一个 RunnableFuture 引用的 FutureTask 实例，然后调用 execute()  方法来执行它，那么我们可以推测 FutureTask 继承自 RunnableFuture，而 RunnableFuture 又实现了  Runnable，因为execute() 的参数应为 Runnable 类型。上面还涉及到了 FutureTask 的构造函数，也来看一下。

public FutureTask(Callable<V> callable) {   this.callable = callable;   this.state = NEW; }  public FutureTask(Runnable runnable, V result) {   this.callable = Executors.callable(runnable, result); // 通过适配器将runnable在call()中执行并返回result   this.state = NEW; }

FutureTask 共有两个构造方法。第一个构造方法比较简单，对应上面的第一个 submit()，采用组合的方式封装Callable  并将状态设为NEW;而第二个构造方法对应上面的后两个 submit() 重载，不同之处是首先使用了Executors.callable来将 Runnable 和  result 组合成 Callable，这里采用了适配器RunnableAdapter implements Callable，巧妙地在 call() 中执行  Runnable 并返回结果。

static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {   final Runnable task;   final T result;                // 返回的结果；显然：需要在run()中赋值    RunnableAdapter(Runnable task, T result) {     this.task = task;     this.result = result;   }   public T call() {     task.run();     return result;   } }

在适配器设计模式中，通常包含目标接口 Target、适配器 Adapter 和被适配者 Adaptee  三类角色，其中目标接口代表客户端(当前业务系统)所需要的功能，通常为借口或抽象类;被适配者为现存的不能满足使用需求的类;适配器是一个转换器，也称  wrapper，用于给被适配者添加目标功能，使得客户端可以按照目标接口的格式正确访问。对于 RunnableAdapter 来说，Callable  是其目标接口，而 Runnable 则是被适配者。RunnableAdapter 通过覆盖 call() 方法使其可按照 Callable  的要求来使用，同时其构造方法中接收被适配者和目标对象，满足了 call() 方法有返回值的要求。

那么总结一下 submit() 方法执行的流程，就是：「Callable 被封装在 Runnable 的子类中传入 execute()  得以执行」。

结果：Future

要说 Future 就是异步任务的执行结果其实并不准确，因为它代表了一个任务的执行过程，有状态、可以被取消，而 get()  方法的返回值才是任务的结果。

public interface Future<V> {      boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);      boolean isCancelled();      boolean isDone();      V get() throws InterruptedException, ExecutionException;      V get(long timeout, TimeUnit unit)         throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; }

我们在上面中还提到了 RuunableFuture 和 FutureTask。从官方的注释来看，RuunableFuture 就是一个可以 run的  future，实现了 Runnable 和 Future 两个接口，在 run() 方法中执行完计算时应该将结果保存起来以便通过 get()获取。

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {          void run(); }

FutureTask 直接实现了 RunnableFuture 接口，作为执行过程，共有下面这几种状态，其中 COMPLETING  为一个暂时状态，表示正在设置结果或异常，对应的，设置完成后状态变为 NORMAL 或 EXCEPTIONAL;CANCELLED、INTERRUPTED  表示任务被取消或中断。在上面的构造方法中，将 state 初始化为 NEW。

private volatile int state;  private static final int NEW          = 0;  private static final int COMPLETING   = 1;  private static final int NORMAL       = 2;  private static final int EXCEPTIONAL  = 3;  private static final int CANCELLED    = 4;  private static final int INTERRUPTING = 5;  private static final int INTERRUPTED  = 6;

然后是 FutureTask 的主要内容，主要是 run() 和 get()。注意 outcome 的注释，无论是否发生异常返回的都是这个  outcome，因为在执行中如果执行成功就将结果设置给了它(set())，而发生异常时将异常赋给了他(setException())，而在获取结果时也都返回了  outcome(通过report())。

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {          private Callable<V> callable;         // target，待执行的任务               private Object outcome; // 非volatile，通过CAS保证线程安全               public void run() {         ......         Callable<V> c = callable;         if (c != null && state == NEW) {             V result;             boolean ran;             try {                 result = c.call();            // 调用call()执行用户任务并获取结果                 ran = true;                   // 执行完成，ran置为true             } catch (Throwable ex) {          // 调用call()出现异常，而run()方法继续执行                  result = null;                  ran = false;                  setException(ex);                              // setException(Throwable t): compareAndSwapint(NEW, COMPLETING);  outcome = t;                   }             if (ran)                 set(result);                                // set(V v): compareAndSwapInt(NEW, COMPLETING);  outcome = v;         }     }               public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {         int s = state;         if (s <= COMPLETING)             s = awaitDone(false, 0L);         // 加入队列等待COMPLETING完成，可响应超时、中断         return report(s);     }      public V get(long timeout, TimeUnit unit)         throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {         // 超时等待     }          private V report(int s) throws ExecutionException {         Object x = outcome;         if (s == NORMAL)                              // 将outcome作为执行结果返回             return (V)x;         if (s >= CANCELLED)             throw new CancellationException();         throw new ExecutionException((Throwable)x);   // 将outcome作为捕获的返回     } }

FutureTask 实现了 RunnableFuture 接口，所以有两方面的作用。

第一，作为 Runnable 传入 execute() 方法来执行，同时封装 Callable 对象并在 run() 中调用其 call()  方法;

第二，作为 Future 管理任务的执行状态，将 call() 的返回值保存在 outcome 中以通过 get()  获取。这似乎就能回答开头的两个问题，并且浑然天成，就好像是一个问题，除非发生异常的时候返回的不是任务的结果而是异常对象。

总结一下继承关系：

二、使用举例

文章的标题有点唬人，说到底还是讲 Callable 的用法。现在我们知道了 Future 代表了任务执行的过程和结果，作为 call()  方法的返回值来获取执行结果;而 FutureTask 是一个 Runnable 的 Future，既是任务执行的过程和结果，又是 call  方法最终执行的载体。下面通过一个例子看看他们在使用上的区别。

首先创建一个任务，即定义一个任务类实现 Callable 接口，在 call() 方法里添加我们的操作，这里用耗时三秒然后返回 100  模拟计算过程。

class MyTask implements Callable<Integer> {     @Override     public Integer call() throws Exception {         System.out.println("子线程开始计算...");         for (int i=0;i<3;++i){             Thread.sleep(1000);             System.out.println("子线程计算中，用时 "+(i+1)+" 秒");         }         System.out.println("子线程计算完成，返回：100");         return 100;     } }

然后呢，创建一个线程池，并实例化一个 MyTask 备用。

ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool(); MyTask task = new MyTask();

现在，分别使用 Future 和 FutureTask 来获取执行结果，看看他们有什么区别。

使用Future

Future 一般作为 submit() 的返回值使用，并在主线程中以阻塞的方式获取异步任务的执行结果。

System.out.println("主线程启动线程池"); Future<Integer> future = executor.submit(task); System.out.println("主线程得到返回结果："+future.get()); executor.shutdown();

看看输出结果：

主线程启动线程池 子线程开始计算... 子线程计算中，用时 1 秒 子线程计算中，用时 2 秒 子线程计算中，用时 3 秒 子线程计算完成，返回：100 主线程得到返回结果：100

主线程启动线程池子线程开始计算...子线程计算中，用时 1 秒子线程计算中，用时 2 秒子线程计算中，用时 3  秒子线程计算完成，返回：100主线程得到返回结果：100

由于 get() 方法阻塞获取结果，所以输出顺序为子线程计算完成后主线程输出结果。

使用FutureTask

由于 FutureTask 集「任务与结果」于一身，所以我们可以使用 FutureTask 自身而非返回值来管理任务，这需要首先利用 Callable  对象来构造 FutureTask，并调用不同的submit()重载方法。

System.out.println("主线程启动线程池"); FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(task); executor.submit(futureTask);                                 // 作为Ruunable传入submit()中 System.out.println("主线程得到返回结果："+futureTask.get());    // 作为Future获取结果 executor.shutdown();

这段程序的输出与上面中完全相同，其实两者在实际执行中的区别也不大，虽然前者调用了submit(Callable  task)而后者调用了submit(Runnable task)，但最终都通过execute(futuretask)来把任务加入线程池中。

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