前言
FutureTask 是一个同步工具类，它实现了Future语义，表示了一种抽象的可生成结果的计算。在包括线程池在内的许多工具类中都会用到，弄懂它的实现将有利于我们更加深入地理解Java异步操作实现。
在分析它的源码之前, 我们需要先了解一些预备知识。本篇我们先来看看FutureTask 中所使用到的接口：Runnable、Callable、Future、RunnableFuture以及所使用到的工具类Executors，Unsafe。
FutureTask所使用到的接口
Runnable接口
在前面Thread类源码解读的系列文章中我们说过, 创建线程最重要的是传递一个run()方法, 这个run方法定义了这个线程要做什么事情, 它被抽象成了Runnable接口:
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
public abstract void run();
}但是, 可以发现, 这个方法并没有任何返回值.
如果我们希望执行某种类型的操作并拿到它的执行结果, 该怎么办呢?
从 Runnable 到 Callable
要从某种类型的操作中拿到执行结果, 最简单的方式自然是令这个操作自己返回操作结果, 则相较于run方法返回void，我们可以令一个操作返回特定类型的对象, 这种思路的实现就是Callable接口:
@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
V call() throws Exception;
}对比Callable接口与Runnable接口, 我们可以发现它们最大的不同点在于:
- Callable有返回值
- Callable可以抛出异常
关于有返回值这点，我们并不意外，因为这就是我们的需求，call方法的返回值类型采用的泛型，该类型是我们在创建Callable对象的时候指定的。
除了有返回值外，相较于Runnable接口，Callable还可以抛出异常，这点看上去好像没啥特别的，但是却有大用处——这意味着如果在任务执行过程中发生了异常，我们可以将它向上抛出给任务的调用者来妥善处理，我们甚至可以利用这个特性来中断一个任务的执行。而Runnable接口的run方法不能抛出异常，只能在方法内部catch住处理，丧失了一定的灵活性。
使用Callable接口解决了返回执行结果的问题, 但是也带来了一个新的问题:
如何获得执行结果?
有的同学可能就要说了, 这还不简单? 直接拿不就好了, 看我的:
public static void main(String[] args) {
Callable<String> myCallable = () -> "This is the results.";
try {
String result = myCallable.call();
System.out.println("Callable 执行的结果是: " + result);
} catch (Exception e) {
System.out.println("There is a exception.");
}
}这种方法确实可以, 但是它存在几个问题:
- call方法是在当前线程中直接调用的, 无法利用多线程。
- call方法可能是一个特别耗时的操作, 这将导致程序停在
myCallable.call()调用处, 无法继续运行, 直到call方法返回。 - 如果call方法始终不返回, 我们没办法中断它的运行。
因此, 理想的操作应当是, 我们将call方法提交给另外一个线程执行, 并在合适的时候, 判断任务是否完成, 然后获取线程的执行结果或者撤销任务, 这种思路的实现就是Future接口：
Future接口
Future接口被设计用来代表一个异步操作的执行结果。你可以用它来获取一个操作的执行结果、取消一个操作、判断一个操作是否已经完成或者是否被取消
public interface Future<V> {
V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
boolean isCancelled();
boolean isDone();
}Future接口一共定义了5个方法：
get()- 该方法用来获取执行结果, 如果任务还在执行中, 就阻塞等待;
get(long timeout, TimeUnit unit)- 该方法同get方法类似, 所不同的是, 它最多等待指定的时间, 如果指定时间内任务没有完成, 则会抛出
TimeoutException异常;
- 该方法同get方法类似, 所不同的是, 它最多等待指定的时间, 如果指定时间内任务没有完成, 则会抛出
cancel(boolean mayInterruptIfRunning)- 该方法用来尝试取消一个任务的执行, 它的返回值是boolean类型, 表示取消操作是否成功.
isCancelled()- 该方法用于判断任务是否被取消了。如果一个任务在正常执行完成之前被cancel掉了, 则返回true
isDone()如果一个任务已经结束, 则返回true。注意, 这里的任务结束包含了以下三种情况:
- 任务正常执行完毕
- 任务抛出了异常
- 任务已经被取消
关于cancel方法，这里要补充说几点：
首先有以下三种情况之一的，cancel操作一定是失败的：
- 任务已经执行完成了
- 任务已经被取消过了
- 任务因为某种原因不能被取消
其它情况下，cancel操作将返回true。值得注意的是，cancel操作返回true并不代表任务真的就是被取消了，这取决于发动cancel状态时任务所处的状态：
- 如果发起cancel时任务还没有开始运行，则随后任务就不会被执行；
如果发起cancel时任务已经在运行了，则这时就需要看
mayInterruptIfRunning参数了：- 如果
mayInterruptIfRunning为true, 则当前在执行的任务会被中断 - 如果
mayInterruptIfRunning为false, 则可以允许正在执行的任务继续运行，直到它执行完
- 如果
这个cancel方法的规范看起来有点绕，现在不太理解没关系，后面结合实例去看就容易弄明白了，我们将在下一篇分析FutureTask源码的时候详细说说FutureTask对这一方法的实现。
RunnableFuture 接口
RunnableFuture接口人如其名, 就是同时实现了Runnable接口和Future接口:
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
void run();
}我们下一篇开始分析FutureTask的源码的时候就将看到，FutureTask实现了该接口，也就是相当于它同时实现了Runnable接口和Future接口。
有的同学可能会对这个接口产生疑惑，既然已经继承了Runnable，该接口自然就继承了run方法，为什么要在该接口的内部再写一个run方法？
单纯从理论上来说，这里确实是没有必要的，再多写一遍，我觉得大概就是为了看上去直观一点，便于文档或者UML图展示。
FutureTask所使用到的工具类
Executors
Executors 是一个用于创建线程池的工厂类，关于线程池的概念，我们以后再说。这个类同时也提供了一些有用的静态方法。
前面我们提到了Callable接口，它是JDK1.5才引入的，而Runnable接口在JDK1.0就有了，我们有时候需要将一个已经存在Runnable对象转换成Callable对象，Executors工具类为我们提供了这一实现:
public class Executors {
/**
* Returns a {@link Callable} object that, when
* called, runs the given task and returns the given result. This
* can be useful when applying methods requiring a
* {@code Callable} to an otherwise resultless action.
* @param task the task to run
* @param result the result to return
* @param <T> the type of the result
* @return a callable object
* @throws NullPointerException if task null
*/
public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
if (task == null)
throw new NullPointerException();
return new RunnableAdapter<T>(task, result);
}
/**
* A callable that runs given task and returns given result
*/
static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
final Runnable task;
final T result;
RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
this.task = task;
this.result = result;
}
public T call() {
task.run();
return result;
}
}
}可以明显看出来，这个方法采用了设计模式中的适配器模式，将一个Runnable类型对象适配成Callable类型。
因为Runnable接口没有返回值, 所以为了与Callable兼容, 我们额外传入了一个result参数, 使得返回的Callable对象的call方法直接执行Runnable的run方法, 然后返回传入的result参数。
有的同学要说了, 你把result参数传进去, 又原封不动的返回出来, 有什么意义呀?
这样做确实没什么意义, result参数的存在只是为了将一个Runnable类型适配成Callable类型.
Unsafe
Unsafe类对于并发编程来说是个很重要的类，如果你稍微看过J.U.C里的源码（例如我们前面讲AQS系列的文章里），你会发现到处充斥着这个类的方法调用。
这个类的最大的特点在于，它提供了硬件级别的CAS原子操作。
可能有的同学会觉得这并没有什么了不起，CAS的概念都被说烂了。但是，CAS可以说是实现了最轻量级的锁，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中的一个线程能成功地更新变量的值，而其他的线程将失败。然而，失败的线程并不会被挂起。
CAS操作包含了三个操作数： 需要读写的内存位置，进行比较的原值，拟写入的新值。
在Unsafe类中，实现CAS操作的方法是： compareAndSwapXXX
例如:
public native boolean compareAndSwapObject(Object obj, long offset, Object expect, Object update);-
obj是我们要操作的目标对象 -
offset表示了目标对象中，对应的属性的内存偏移量 -
expect是进行比较的原值 -
update是拟写入的新值。
所以该方法实现了对目标对象obj中的某个成员变量（field）进行CAS操作的功能。
那么，要怎么获得目标field的内存偏移量offset呢？ Unsafe类为我们提供了一个方法：
public native long objectFieldOffset(Field field);该方法的参数是我们要进行CAS操作的field对象，要怎么获得这个field对象呢？最直接的办法就是通过反射了：
Class<?> k = FutureTask.class;
Field stateField = k.getDeclaredField("state");这样一波下来，我们就能对FutureTask的state属性进行CAS操作了o(￣▽￣)o
除了compareAndSwapObject，Unsafe类还提供了更为具体的对int和long类型的CAS操作：
public native boolean compareAndSwapInt(Object obj, long offset, int expect, int update);
public native boolean compareAndSwapLong(Object obj, long offset, long expect, long update);从方法签名可以看出，这里只是把目标field的类型限定成int和long类型，而不是通用的Object.
最后，FutureTask还用到了一个方法:
public native void putOrderedInt(Object obj, long offset, int value);可以看出，该方法只有三个参数，所以它没有比较再交换的概念，某种程度上就是一个赋值操作，即设置obj对象中offset偏移地址对应的int类型的field的值为指定值。这其实是Unsafe的另一个方法putIntVolatile的有序或者有延迟的版本，并且不保证值的改变被其他线程立即看到，只有在field被volatile修饰并且期望被意外修改的时候使用才有用。
那么putIntVolatile方法的定义是什么呢？
public native void putIntVolatile(Object obj, long offset, int value);该方法设置obj对象中offset偏移地址对应的整型field的值为指定值，支持volatile store语义。由此可以看出，当操作的int类型field本身已经被volatile修饰时，putOrderedInt和putIntVolatile是等价的。
好了，到这里，基本需要用到的预备知识我们都学习完了，障碍已经扫清，下一篇我们就可以愉快地看FutureTask的源码了(๑¯∀¯๑)
（完）
