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關(guān)于Future機制原理及解析

 更新時間:2022年11月21日 09:21:48   作者:小小少年_  
這篇文章主要介紹了關(guān)于Future機制原理,具有很好的參考價值,希望對大家有所幫助。如有錯誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教

future機制是

在通過線程去執(zhí)行某個任務的時候,如果比較耗時,我們可以通過futureTask機制,異步返回,繼續(xù)去執(zhí)行其他的任務,在需要獲取執(zhí)行結(jié)果的時候,通過future.get()方法去獲取,如果任務沒有執(zhí)行完畢,會通過lockSupport.park()方法去阻塞主線程,直到run()方法執(zhí)行完畢之后,會通過lockSupport.unpark()方法去喚醒線程

應用

public class FutureTest {
? ? public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
? ? ? ? MyThread myThread = new MyThread();
? ? ? ? FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(myThread);
? ? ? ? /**
? ? ? ? ?* 同一個futureTask對象,通過多個線程進行多次調(diào)用,但是只會執(zhí)行一次
? ? ? ? ?* 如果是計算的操作,需要進行多次計算操作,需要聲明不同的futureTask對象
? ? ? ? ?*/
? ? ? ? new Thread(futureTask, "A").start();
? ? ? ? new Thread(futureTask, "B").start();
? ? ? ? System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "測試,在調(diào)用future.get()方法之前,可以執(zhí)行其他邏輯 ");
? ? ? ? System.out.println(futureTask.get());
? ? ? ? System.out.println("測試futureTask的get方法阻塞");
? ? }
}

class MyThread implements Callable<String> {

? ? @Override
? ? public String call() throws Exception {
? ? ? ? System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 測試callable");
? ? ? ? TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
? ? ? ? return "success";
? ? }
}

這里就是模擬thread比較耗時,此時就可以通過futureTask異步返回之后,在需要使用的時候,調(diào)用其get方法去獲取執(zhí)行結(jié)果,如果call()方法還沒有執(zhí)行完,那futureTask.get()方法會一直阻塞,直到線程執(zhí)行完畢,獲取到執(zhí)行結(jié)果

原理

我們先說future.get()是如何阻塞的,也就是說在線程對應的方法還未執(zhí)行完時,主線程如何去阻塞?

在源碼中,有一個重要的屬性

private volatile int state;
? ? /**
? ? ?* 在構(gòu)造函數(shù)中,設置為new
? ? ?*/
? ? private static final int NEW ? ? ? ? ?= 0;
? ? /**
? ? ?* 線程正常執(zhí)行完畢,通過CAS將state修改為completing
? ? ?*/
? ? private static final int COMPLETING ? = 1;
? ? /**
? ? ?*
? ? ?*/
? ? private static final int NORMAL ? ? ? = 2;
? ? /**
? ? ?* 執(zhí)行線程的時候,如果拋出異常,通過cas修改為exceptional
? ? ?*/
? ? private static final int EXCEPTIONAL ?= 3;
? ? /**
? ? ?* 如果調(diào)用了cancel(boolean mayInterruptIfRunning)方法
? ? ?* 入?yún)⒌膍ayInterruptIfRunning為true,就通過cas將state設置為INTERRUPTING
? ? ?* 如果為false,就通過cas將state修改為cancelled
? ? ?*/
? ? private static final int CANCELLED ? ?= 4;
? ? private static final int INTERRUPTING = 5;
? ? /**
? ? ?* 在調(diào)用cancel()方法,入?yún)閠rue的情況下,如果中斷成功,通過cas將state從
? ? ?* INTERRUPTING修改為INTERRUPTED
? ? ?*/
? ? private static final int INTERRUPTED ?= 6;

接著來說get()方法

get()

可以看到,在get()方法中,會先判斷當前state是否小于等于 COMPLETING,如果是,就去阻塞

/**
? ? ?* @throws CancellationException {@inheritDoc}
? ? ?* 在調(diào)用future.get()方法的時候,如果線程的run()沒有執(zhí)行完畢,主線程會等待,直到run()方法正確的執(zhí)行完畢
? ? ?* 在內(nèi)部,是通過lockSupport.park()方法去阻塞線程的
? ? ?* 在該機制中,涉及到一個state狀態(tài)標識
? ? ?*/
? ? public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
? ? ? ? int s = state;
? ? ? ? if (s <= COMPLETING)
? ? ? ? ? ? s = awaitDone(false, 0L);
? ? ? ? return report(s);
? ? }

對于get方法來說,最為核心的邏輯是在awaitDone()方法中,在該方法中,會調(diào)用lockSupport.park(this),去阻塞當前線程;

所以,我們可以知道,如果主線程在調(diào)用future.get()方法的時候,假如此時run()方法還沒有執(zhí)行完畢,會阻塞當前線程,那阻塞之后,總要有一個地方去喚起,在run()方法正常執(zhí)行完畢之后,會喚醒當前阻塞的線程,繼續(xù)執(zhí)行業(yè)務邏輯

run()

public void run() {
? ? ? ? /**
? ? ? ? ?* 1.校驗當前state是否是new狀態(tài)且通過cas設置當前線程成功
? ? ? ? ?*/
? ? ? ? if (state != NEW ||
? ? ? ? ? ? !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?null, Thread.currentThread()))
? ? ? ? ? ? return;
? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? Callable<V> c = callable;
? ? ? ? ? ? /**
? ? ? ? ? ? ?* 2.校驗當前線程中的callable是否有效且state為new
? ? ? ? ? ? ?*/
? ? ? ? ? ? if (c != null && state == NEW) {
? ? ? ? ? ? ? ? V result;
? ? ? ? ? ? ? ? boolean ran;
? ? ? ? ? ? ? ? try {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /**
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?* 2.1 執(zhí)行call()方法,如果正常執(zhí)行完畢,設置ran為true
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? */
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? result = c.call();
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ran = true;
? ? ? ? ? ? ? ? } catch (Throwable ex) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? result = null;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ran = false;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /**
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?* 2.2 假如執(zhí)行報錯,被捕獲到,在setException方法中,也會去喚醒阻塞的線程
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?*/
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? setException(ex);
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? /**
? ? ? ? ? ? ? ? ?* 3.如果ran為true,就調(diào)用set方法,在set方法中,有一步跟重要的操作,就是通過lockSupport.unpark()喚醒線程
? ? ? ? ? ? ? ? ?*/
? ? ? ? ? ? ? ? if (ran)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? set(result);
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? } finally {
? ? ? ? ? ? // runner must be non-null until state is settled to
? ? ? ? ? ? // prevent concurrent calls to run()
? ? ? ? ? ? runner = null;
? ? ? ? ? ? // state must be re-read after nulling runner to prevent
? ? ? ? ? ? // leaked interrupts
? ? ? ? ? ? int s = state;
? ? ? ? ? ? if (s >= INTERRUPTING)
? ? ? ? ? ? ? ? handlePossibleCancellationInterrupt(s);
? ? ? ? }
? ? }

在這里的run()方法中,setException和set(result)方法中,都會調(diào)用一個方法:finishCompletion()

set()

?? ?/*
?? ?* 在set方法中,會通過cas更新當前的state狀態(tài)
? ? ?* 然后在調(diào)用finishCompletion的時候,會喚醒阻塞的線程
? ? ?* @param v the value
? ? ?*/
? ? protected void set(V v) {
? ? ? ? if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
? ? ? ? ? ? outcome = v;
? ? ? ? ? ? UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
? ? ? ? ? ? finishCompletion();
? ? ? ? }
? ? }

在線程正常執(zhí)行完之后,會通過cas將state的狀態(tài)從new修改為completing,然后再修改為normal

finishCompletion()

/**
? ? ?* Removes and signals all waiting threads, invokes done(), and
? ? ?* nulls out callable.
? ? ?* 這個方法大致的意思是:從等待隊列中獲取到當前在等待的線程信息,然后通過cas將q設置為null
? ? ?* 最后會通過lockSupport.unPark()方法喚醒線程
? ? ?*/
? ? private void finishCompletion() {
? ? ? ? // assert state > COMPLETING;
? ? ? ? /**
? ? ? ? ?* 1.從waiters中獲取到等待的節(jié)點
? ? ? ? ?*/
? ? ? ? for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
? ? ? ? ? ? /**
? ? ? ? ? ? ?* 2.通過cas將q設置為null
? ? ? ? ? ? ?*/
? ? ? ? ? ? if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
? ? ? ? ? ? ? ? for (;;) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Thread t = q.thread;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? /**
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?* 3.喚醒線程
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?*/
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? if (t != null) {
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? q.thread = null;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? LockSupport.unpark(t);
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? WaitNode next = q.next;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? if (next == null)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? break;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? q.next = null; // unlink to help gc
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? q = next;
? ? ? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? ? ? ? ? break;
? ? ? ? ? ? }
? ? ? ? }

? ? ? ? done();

? ? ? ? callable = null; ? ? ? ?// to reduce footprint
? ? }

這個方法也不需要做過多解釋了,就是從waitNode中,獲取到當前等待的線程,然后喚醒

總結(jié)

所以:對于future.get()方法,如果run()方法沒有執(zhí)行完成,該方法會阻塞線程,并且在方法正常執(zhí)行完畢之后,喚醒阻塞的線程,繼續(xù)去執(zhí)行對應的業(yè)務代碼

以上為個人經(jīng)驗,希望能給大家一個參考,也希望大家多多支持腳本之家。

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