剖析 FutureTask：JUC 源码深入浅出

2024-01-16 06:52:32

在 Java 并发编程的浩瀚世界中，FutureTask 扮演着举足轻重的角色。作为 Callable 和 Future 的完美结合，它为异步编程提供了优雅而强大的解决方案。本文将带你踏上 FutureTask 的探索之旅，深入剖析它的源码，揭开 Java 并发编程的精妙之处。

FutureTask 的核心职责

FutureTask 同时实现了 Callable 和 Future 接口，巧妙地将任务的执行和结果的获取融为一体。它负责以下关键任务：

执行 Callable 任务： FutureTask 充当 Callable 的执行器，调用 Callable.call() 方法来执行任务。
存储任务结果： 任务执行完毕后，结果将被存储在 FutureTask 的 outcome 字段中。
提供 Future 接口： FutureTask 实现了 Future 接口，允许其他线程获取任务执行结果或检查其完成状态。

FutureTask 的工作原理

FutureTask 的工作原理可以概括为以下几个步骤：

任务提交： 当 FutureTask 被创建并提交给 ExecutorService 时，它会立即开始执行 Callable.call() 方法。
并发访问： 多个线程可以并发地访问 FutureTask，以获取任务执行结果或检查其完成状态。
阻塞等待： 如果任务尚未完成，线程将被阻塞，等待任务完成。
结果返回： 当任务完成时，结果将被存储在 FutureTask 的 outcome 字段中，并通知所有等待的线程。

FutureTask 的内部结构

FutureTask 的内部结构包含多个关键组件：

outcome 字段： 用于存储任务的执行结果。
state 字段： 表示任务的当前状态（NEW、RUNNING、COMPLETED、CANCELLED）。
waiters 队列： 存储所有等待任务完成的线程。
WaitsNode 类： 封装了等待任务完成的线程和等待超时的时间。

剖析 FutureTask 源码

FutureTask 的源码位于 java.util.concurrent 包中。为了便于理解，我们将重点关注关键方法的实现：

set 方法：

public void set(T v) {
    if (v == null)
        throw new NullPointerException();
    synchronized (this) {
        outcome = v;
        state = state.DONE();
        notifyAll();
    }
}

该方法设置任务执行结果并更新状态为完成。
它唤醒所有等待任务完成的线程。

get 方法：

public T get() throws InterruptedException, ExecutionException {
    ...
    int s = state;
    if (s <= COMPLETING)
        s = awaitDone(s);
    return report(s);
}

该方法等待任务完成并返回结果。
如果任务尚未完成，它将阻塞线程并等待。

awaitDone 方法：

private int awaitDone(int s) throws InterruptedException {
    ...
    // 如果任务状态小于等于 COMPLETING，则循环等待任务完成
    while (s <= COMPLETING) {
        ...
        Waiter waiter = new Waiter();
        waiter.awaitCheck();
        // 把 Waiter 添加到 waiters 队列中
        addWaiter(waiter);
        try {
            // 阻塞线程等待任务完成
            waiter.done.await(isDone(), waiter.timeout);
        } finally {
            // 从 waiters 队列中移除 Waiter
            if (waiter.shouldBeRemoved)
                removeWaiter(waiter);
        }
    }
}