FutureTask简单用法,为何单个任务仅执行一次?

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前几天会员领取情况查询的接口SQL查询超时出故障了,因为有个用户买的会员有点多(哈哈),其实是 数据量大 + 祖传代码逻辑冗长

尝试的解决方案:

  • SQL:检查了一下,单个SQL的耗时其实不算大,也能接受,不需要改动,主要原因是后端逻辑冗长
  • FutureTask获取线程的执行结果:将1次大查询划分为多次小查询同时进行,提高接口响应速度。且一个FutureTask仅执行一次,不会出现重复的查询

经过权衡,我们选择了后者

一、FutureTask用法

解决方案要用到线程池搭配FutureTask,这里我们就不用了,简化点

public class Test {
 
 //计算结果
    int count=0;
 @Test
 public void test(){
  try{  
            FutureTask<Integer> futureTask=new FutureTask<>(new Callable<Integer>() {
             @Override
             public Integer call() throws Exception {
              return 1;
             }
            });
            //把FutureTask放入线程中,线程会运行FutureTask的run()代码块
            Thread t1=new Thread(futureTask);
            t1.start();
            //获取计算的结果,是一个阻塞等待返回的方法
            count+=futureTask.get();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //最后结果: 1
        System.out.println(count); 
 }
}

这里用了构造方法public FutureTask(Callable<V> callable)让FutureTask持有Callable接口的实例

用到try-catch是由于futureTask.get()方法是一个阻塞等待的过程,途中如果被中断会抛中断异常,别的异常都会以ExecutionException执行异常的形式抛出

二、(重要)FutureTask的任务仅执行一次,为何?

FutureTask的run()代码块仅执行一次!请看注释

/**
 执行结果(全局变量), 有2种情况:
 1. 顺利完成返回的结果
 2. 执行run()代码块过程中抛出的异常
*/

private Object outcome; 

//正在执行run()的线程, 内存可被其他线程可见
private volatile Thread runner;

public void run() {
 /**
  FutureTask的run()仅执行一次的原因:
  1. state != NEW表示任务正在被执行或已经完成, 直接return
  2. 若state==NEW, 则尝试CAS将当前线程 设置为执行run()的线程,如果失败,说明已经有其他线程 先行一步执行了run(),则当前线程return退出
 */

 if (state != NEW ||!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,null, Thread.currentThread()))
  return;
 try {
  //持有Callable的实例,后续会执行该实例的call()方法
  Callable<V> c = callable;
  if (c != null && state == NEW) {
   V result;
   boolean ran;
   try {
    result = c.call();
    ran = true;
   }catch (Throwable ex) {
    result = null;
    ran = false;
    //执行中抛的异常会放入outcome中保存
    setException(ex);
   }
   if (ran)
    //若无异常, 顺利完成的执行结果会放入outcome保存
    set(result);
  }
 }finally {
  // help GC 
  runner = null;
  int s = state;
  if (s >= INTERRUPTING)
   handlePossibleCancellationInterrupt(s);
 }
}

执行run()的代码块之后,其他线程如何拿到FutureTask的执行结果?下面的get()方法可以做到

三、get()获取结果

public V get() throws InterruptedException, ExecutionException 
    int s = state;
    //COMPLETING: 正在完成的状态;  s <= COMPLETING就是未完成
    if (s <= COMPLETING)
     //不计时等待,结束等待的条件只有【完成】、【被中断】、【被取消】、【抛其他异常(不包括中断异常、取消异常)】
        s = awaitDone(false0L);
    return report(s); 
}

这里提一下线程执行的状态 :

private volatile int state;
//线程创建状态
private static final int NEW = 0;
//完成(**一个瞬时的标记**)   
private static final int COMPLETING = 1;
//正常完成状态
private static final int NORMAL = 2;
//执行过程出现异常
private static final int EXCEPTIONAL = 3;
//执行过程中被取消
private static final int CANCELLED = 4;
//线程执行被中断(**一个瞬时的标记**)
private static final int INTERRUPTING = 5;
//线程执行被中断的状态
private static final int INTERRUPTED = 6;

volatile保证了线程执行的状态改变之后会刷新到内存中,被其他线程可见

如果线程还处于未完成的状态,即s <= COMPLETING,就会进入等待状态,调用awaitDone(false, 0L)方法

①get为何阻塞等待?
/**
 @param timed 若是true则为定时等待,超时后会结束等待,并返回当前状态state
 @param nanos 如果是定时等待即第一个入参timed=true的话,会设置对应的等待时长
*/

private int awaitDone(boolean timed, long nanos) throws InterruptedException {
 //等待的最后期限
 final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
 WaitNode q = null;
 boolean queued = false;
 //进入无限循环的等待状态,只有【完成】、【被取消】、【异常】、【中断】、【超时】这五种情况才会结束等待
 for (;;) {
  if (Thread.interrupted()) {
   //线程执行被中断,则移除等待结点并抛出异常
   removeWaiter(q);
   throw new InterruptedException();
  }

  int s = state;
  //【完成】、【被取消】、【抛其他异常】的状态都会 在这 结束等待
  if (s > COMPLETING) {
   if (q != null)
    q.thread = null;
   return s;
  }
  //子线程处于任务完成的瞬时状态,要等一会才能拿到执行结果
  else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
   Thread.yield();
  else if (q == null)
   q = new WaitNode();
  else if (!queued)
   queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q.next = waiters, q);
  else if (timed) {
   //设置定时等待并且已经超时了
   nanos = deadline - System.nanoTime();
   if (nanos <= 0L) {
    removeWaiter(q);
    return state;
   }
   LockSupport.parkNanos(this, nanos);
  }
        else
         LockSupport.park(this);    
 }
}

详细的注释在代码中,请耐心看一下。

简单来说,能结束等待的条件只有5个:

  • 完成
  • 被中断
  • 设置定时等待并超时
  • 被取消
  • 抛了其他异常,比如RuntimeException,这里的其他异常既不是中断异常,也不是取消异常

调用futureTask.get()的等待方式有2种,分为定时等待和 不计时等待:

  • timed=true是定时等待,会创建等待结点q = new WaitNode();并放在栈顶(队列头部),然后挂起。结束等待的条件(满足任一即可)是【完成】、【被中断】、【被取消】、【抛其他异常】、【超时】 。
  • timed=false是不计时等待,创建等待结点后会一直挂起,只有【完成】、【被中断】、【被取消】、【抛其他异常】

在等待结束之前,LockSupport.park(this);表示线程会被一直挂起,不再继续无限循环占用CPU。

解除挂起的条件是state > COMPLETING,然后调用finishCompletion()方法去让线程解除挂起并回到awaitDone()做最后一次循环后return state

② 从get中返回结果report(int s)
/*正常的计算结果 or 抛出的异常 都会作为outcome*/
private Object outcome;
private V report(int s) throws ExecutionException {
 Object x = outcome;
 //正常完成
 if (s == NORMAL)
  return (V)x;
 //执行的过程中【被取消】
 if (s >= CANCELLED)
  throw new CancellationException();
 /**
  这里抛的是执行过程中发生的其他异常,既不是【中断异常】,也不是【被取消异常】
  比如发生了RuntimeException之类的就会在这抛
 */
 
 throw new ExecutionException((Throwable)x);
}

report(int s)是执行get()获取结果的最后一步

看到这可能有朋友晕了,我把get()内部的流程梳理一下:

  • 若要等待计算结果:get() -> awaitDone() -> report(),共3步
  • 不用等待:get() -> report() ,仅2步

四、FutureTask是如何拿到线程执行的结果?

主要 有赖于FutureTask类内部的Callable接口

只有Callable接口能拿到线程的返回值,下面来看下FutureTask的构造函数

public class FutureTask<Vimplements RunnableFuture<V{
 //执行任务并返回结果
 private Callable<V> callable;
 public FutureTask(Callable<V> callable) {
  if (callable == null)
   throw new NullPointerException();
  this.callable = callable;
  //新建状态
  this.state = NEW;
 }
}

其实Callable 接口是没法 作为创建线程new Thread(Runnable target)的入参的,只有借助FutureTask类才能被线程执行,因为FutureTask实现了Runnable 接口

有兴趣的可以看一下Future接口的关系图(这里拿了大佬的图,侵删)

FutureTask简单用法,为何单个任务仅执行一次?

FutureTask类最终实现了Future接口和Runnable接口,可作为new Thread(Runnable target)的入参target来创建线程

五、FutureTask可能的执行过程

  • 顺利完成 :NEW -> COMPLETING -> NORMAL ,即新建->正在完成 ->正常
  • NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL, 执行过程出现了异常
  • 被取消:NEW -> CANCELLED
  • NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED,新建 ->正在被中断 ->中断完成

六、列举一下FutureTask的特性和应用场景

特性:

  • 异步执行,可执行多次(通过runAndReset()方法),也可仅执行一次(执行run()即可)
  • 可获取线程执行结果

应用场景:

  • 长时间运行的任务,包含远程调用的任务
  • 数据量大的查询,划分为多个小查询,每个FutureTask 仅执行一次 的特性能有效避免重复的查询
  • 计算密集型的任务

来源:blog.csdn.net/qq_44384533/article/details/111920875

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原文始发于微信公众号(Java笔记虾):FutureTask简单用法,为何单个任务仅执行一次?