Callable与Future

一、Callable和Future出现的原因
创建线程的2种方式，一种是直接继承Thread，另外一种是实现Runnable接口。这两种方式都有一个缺陷：在执行完任务之后无法获取执行结果。如果需要获取执行结果，就必须通过共享变量或者使用线程通信的方式来达到效果，这样使用起来就比较麻烦。
而从Java5开始，就提供了Callable和Future，通过它们可以在任务执行完毕之后得到任务的执行结果。

二、Callable和Future概述
Callable接口代表一段可以调用并返回结果的代码；Future接口表示异步任务，是还没有完成的任务给出的未来结果。所以说Callable用于产生结果，Future用于获取结果。
Callable接口使用泛型来定义它的返回类型。Executors类提供了submit等方法来执行Callable内的任务。由于Callable任务是并行的（并行就是整体看上去是并行的，但是在某个时间点只有一个线程在执行），我们必须等待它返回的结果。
Future对象为我们解决了这个问题。在线程池提交Callable任务后返回了一个Future对象，使用它可以知道Callable任务的状态和得到Callable返回的执行结果。Future提供了get方法让我们可以等待Callable结束并获取它的执行结果。

三、Callable与Runnable源码对比
java.lang.Runnable：
public interface Runnable {
    public abstract void run {};
}
由于run方法返回值为void，所以在执行完任务后无法返回任何结果；
java.util.concurrent.Callable<V>：
public interface Callable<V> {
    /**
         * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
         *
         * @return computed result
         * @throws Exception if unable to compute a result
         */
    V call () throws Exception;
}
可以看到，这是一个泛型接口，call函数返回的类型就是传递进来的V类型。并且call方法可抛出异常，run方法不能抛出异常。

四、Callable接口的使用
一般情况通过配合ExecutorService来使用，在ExecutorService接口中声明了若干个submit方法的重载版本：
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
Future<?> submit(Runnable task);
第一个submit方法里面的参数类型就是Callable；一般情况下使用第一个和第三个submit方法即可，第二个很少使用。

五、Future
Future用来对具体的Runnable或Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果。必要时可以通过get方法获取执行结果，该方法会阻塞直到任务返回结果。源码如下：
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;
}
下面依次解释每个方法的作用：
cancel：取消任务。如果取消任务成功则返回true，如果取消任务失败则返回false。参数mayInterruptIfRunning表示是否允许取消正在执行却没有执行完毕的任务，如果设置true，则表示可以取消正在执行过程中的任务。如果任务已经完成，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，此方法肯定返回false，即如果取消已经完成的任务会返回false；如果任务正在执行，若mayInterruptIfRunning为true则返回true，否则返回false；如果任务还没有执行，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，肯定返回true。
isCancelled：任务是否被取消成功。如果在任务正常完成前被取消成功，则返回true。
isDone：任务是否已完成。若任务完成，返回true。
get：获取执行结果。此方法会产生阻塞，会一直等到任务执行完毕才返回。
get (long timeout, TimeUnit unit)：获取执行结果。如果在指定的时间内还没获取到结果，就直接返回null。
总之，Future提供了三种功能：
1.判断任务是否完成；
2.中断任务；
3.获取任务执行结果。
因为Future只是一个接口，所以是无法直接用来创建对象使用的，所以就有了FutureTask。

六、FutureTask
FutureTask实现了RunnableFuture接口，这个接口的定义如下：
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    void run();
}
可以看到，这个接口实现了Runnable和Future接口，接口中的具体实现由FutureTask来实现。这个类的两个构造方法如下：
public FutureTask (Callable<V> callable) {
    if (callable == null) {
        throw new NullPointerException ();
    }
    sync = new Sync (callable);
}
public FutureTask (Runnable runnable, V result) {
    sync = new Sync (Executors.callable(runnable, result));
}
如上提供了两个构造函数，一个以Callable为参数，另外一个以Runnable为参数。这些类之间的关联对于任务建模的办法非常灵活，允许你基于FutureTask的Runnable特性（因为它实现了Runnable接口），把任务写成Callable，然后封装进一个由执行者（ExecutorService）调度，并在必要时可以取消的FutureTask。
FutureTask可以由执行者调度，这一点很关键。它对外提供的方法基本上就是Future和Runnable接口的组合：get()、cancel()、isDone()、isCancelled()和run()，而run()方法通常都是由执行者调用，我们基本上不需要直接调用它。

七、FutureTask举例
class MyCallable implements Callable<String> {
    private int waitTime;
    public MyCallable(int waitTime) {
        this.waitTime = waitTime;
    }
    public String call() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(waitTime);
        return Thread.currentThread().getName();
    }
}
public static void main(String[] args) {
    MyCallable c1 = new MyCallable(2000); // 要执行的任务
    MyCallable c2 = new MyCallable(3000);
        
    FutureTask<String> task1 = new FutureTask<String>(c1); // 将Callable写的任务封装到一个由执行者调度的FutureTask对象
    FutureTask<String> task2 = new FutureTask<String>(c2);
        
    ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2); // 创建线程池并返回ExecutorService实例
    service.execute(task1); // 执行任务
    service.execute(task2);
        
    while (true) {
        try {
            if (task1.isDone() && task2.isDone()) { // 两个任务都完成
                System.out.println("Done");
                service.shutdown();
                return;
            }
            if (!task1.isDone()) { //任务1没有完成，会阻塞等待
                System.out.println("FutureTask1 output= " + task1.get());
            }
            System.out.println("Waiting for FutureTask2 complete.");
            String s = task2.get(200, TimeUnit.MILLISECONDS);
            if (s != null) {
                System.out.println("FutureTask2 output= " + s);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}