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并发编程之异步调用获取返回值

　　Runnable
　　在创建线程时，可以通过new Thread(Runnable)方式，将任务代码封装在Runnable的run()方法中，将Runnable作为任务提交给Thread，或者使用线程池的execute(Runnable)方法处理。 public class RunnableDemo {     public static void main(String[] args) {         ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();         executorService.submit(new MyRunnable());     } }  class MyRunnable implements Runnable {     @Override     public void run() {         System.out.println(＂runnable正在执行＂);     } }Runnable的问题
　　如果你之前有看过或者写过Runnable相关的代码，肯定会看到有说Runnable不能获取任务执行结果的说法，这就是Runnable存在的问题，那么可不可以改造一下来满足使用Runnable并获取到任务的执行结果呢？答案是可以的，但是会比较麻烦。
　　首先我们不能修改run()方法让它有返回值，这违背了接口实现的原则；我们可以通过如下三步完成： 我们可以在自定义的Runnable中定义变量，存储计算结果； 对外提供方法，让外部可以通过方法获取到结果； 在任务执行结束之前如果外部要获取结果，则进行阻塞；
　　如果你有看过我之前的文章，相信要做到功能并不复杂，具体实现可以看我下面的代码。 public class RunnableDemo {     public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {         MyRunnable myRunnable = new MyRunnable<>();         new Thread(myRunnable).start();         System.out.println(LocalDateTime.now() + ＂ myRunnable启动~＂);         MyRunnable.Result result = myRunnable.getResult();         System.out.println(LocalDateTime.now() + ＂ ＂ + result.getValue());     } }  class MyRunnable implements Runnable {     // 使用result作为返回值的存储变量，使用volatile修饰防止指令重排     private volatile Result result;      @Override     public void run() {         // 因为在这个过程中会对result进行赋值，保证在赋值时外部线程不能获取，所以加锁         synchronized (this) {             try {                 TimeUnit.SECONDS.sleep(2);                 System.out.println(LocalDateTime.now() + ＂ run方法正在执行＂);                 result = new Result(＂这是返回结果＂);             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             } finally {                 // 赋值结束后唤醒等待线程                 this.notifyAll();             }         }     } 	// 方法加锁，只能有一个线程获取     public synchronized Result getResult() throws InterruptedException { 		// 循环校验是否已经给结果赋值         while (result == null) {             // 如果没有赋值则等待             this.wait();         }         return result;     } 	// 使用内部类包装结果而不直接使用T作为返回结果     // 可以支持返回值等于null的情况     static class Result {         T value;         public Result(T value) {             this.value = value;         }         public T getValue() {             return value;         }     } }
　　从运行结果我们可以看出，确实能够在主线程中获取到Runnable的返回结果。
　　以上代码看似从功能上可以满足了我们的要求，但是存在很多并发情况的问题，实际开发中极不建议使用。在我们实际的工作场景中这样的情况非常多，我们不能每次都这样自定义搞一套，并且很容易出错，造成线程安全问题，那么在JDK中已经给我们提供了专门的API来满足我们的要求，它就是 Callable 。 Callable
　　我们通过Callable来完成我们上面说的1-1亿的累加功能。 public class CallableDemo {     public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {         Long max = 100_000_000L;         Long avgCount = max % 3 == 0 ? max / 3 : max / 3 + 1;         // 在FutureTask中存放结果         List> tasks = new ArrayList<>();         for (int i = 0; i < 3; i++) {             Long begin = 1 + avgCount * i;             Long end = 1 + avgCount * (i + 1);             if (end > max) {                 end = max;             }             FutureTask task = new FutureTask<>(new MyCallable(begin, end));             tasks.add(task);             new Thread(task).start();         }                  for (FutureTask task : tasks) {             // 从task中获取任务处理结果             System.out.println(task.get());         }     } } class MyCallable implements Callable {     private final Long min;     private final Long max;     public MyCallable(Long min, Long max) {         this.min = min;         this.max = max;     }     @Override     public Long call() {         System.out.println(＂min:＂ + min + ＂,max:＂ + max);         Long sum = 0L;         for (Long i = min; i < max; i++) {             sum = sum + i;         }         // 可以返回计算结果         return sum;     } }
　　运行结果：
　　可以在创建线程时将Callable对象封装在FutureTask对象中，交给Thread对象执行。
　　FutureTask之所以可以作为Thread创建的参数，是因为FutureTask是Runnable接口的一个实现类。
　　既然FutureTask也是Runnable接口的实现类，那一定也有run()方法，我们来通过源码看一下是怎么做到有返回值的。
　　首先在FutureTask中有如下这些信息。 public class FutureTask implements RunnableFuture {     // 任务的状态     private volatile int state;     private static final int NEW          = 0;     private static final int COMPLETING   = 1;     private static final int NORMAL       = 2;     private static final int EXCEPTIONAL  = 3;     private static final int CANCELLED    = 4;     private static final int INTERRUPTING = 5;     private static final int INTERRUPTED  = 6;      // 具体任务对象     private Callable callable;     // 任务返回结果或者异常时返回的异常对象     private Object outcome;      // 当前正在运行的线程     private volatile Thread runner; 	//      private volatile WaitNode waiters;     private static final sun.misc.Unsafe UNSAFE;     private static final long stateOffset;     private static final long runnerOffset;     private static final long waitersOffset; }public void run() {     // 任务状态的校验     if (state != NEW ||         !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,                                      null, Thread.currentThread()))         return;     try {         Callable c = callable;         if (c != null && state == NEW) {             V result;             boolean ran;             try {                 // 执行callable的call方法获取结果                 result = c.call();                 ran = true;             } catch (Throwable ex) {                 result = null;                 ran = false;                 // 有异常则设置返回值为ex                 setException(ex);             }             // 执行过程没有异常则将结果set             if (ran)                 set(result);         }     } finally {         runner = null;         int s = state;         if (s >= INTERRUPTING)             handlePossibleCancellationInterrupt(s);     } }
　　在这个方法中的核心逻辑就是执行callable的call()方法，将结果赋值，如果有异常则封装异常。
　　然后我们看一下get方法如何获取结果的。 public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {     int s = state;     if (s <= COMPLETING)         // 这里会阻塞等待         s = awaitDone(false, 0L);     // 返回结果     return report(s); } private V report(int s) throws ExecutionException {     Object x = outcome;     if (s == NORMAL)         return (V)x;     if (s >= CANCELLED)         // 状态异常情况会抛出异常         throw new CancellationException();     throw new ExecutionException((Throwable)x); }
　　在FutureTask中除了get()方法还提供有一些其他方法。 get(timeout,unit)：获取结果，但只等待指定的时间； cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：取消当前任务； isDone()：判断任务是否已完成。 CompletableFuture
　　在使用FutureTask来完成异步任务，通过get()方法获取结果时，会让获取结果的线程进入阻塞等待，这种方式并不是最理想的状态。
　　在JDK8中引入了CompletableFuture，对Future进行了改进，可以在定义CompletableFuture传入回调对象，任务在完成或者异常时，自动回调。 public class CompletableFutureDemo {     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {         // 创建CompletableFuture时传入Supplier对象         CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(new MySupplier());         //执行成功时         future.thenAccept(new MyConsumer());         // 执行异常时         future.exceptionally(new MyFunction());         // 主任务可以继续处理，不用等任务执行完毕         System.out.println(＂主线程继续执行＂);         Thread.sleep(5000);         System.out.println(＂主线程执行结束＂);     } }  class MySupplier implements Supplier {     @Override     public Integer get() {         try {             // 任务睡眠3s             TimeUnit.SECONDS.sleep(3);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }         return 3 + 2;     } } // 任务执行完成时回调Consumer对象 class MyConsumer implements Consumer {     @Override     public void accept(Integer integer) {         System.out.println(＂执行结果＂ + integer);     } } // 任务执行异常时回调Function对象 class MyFunction implements Function {     @Override     public Integer apply(Throwable type) {         System.out.println(＂执行异常＂ + type);         return 0;     } }
　　以上代码可以通过lambda表达式进行简化。 public class CompletableFutureDemo {     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {         CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {             try {                 // 任务睡眠3s                 TimeUnit.SECONDS.sleep(3);             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }             return 3 + 2;         });         //执行成功时         future.thenAccept((x) -> {             System.out.println(＂执行结果＂ + x);         });         future.exceptionally((type) -> {             System.out.println(＂执行异常＂ + type);             return 0;         });         System.out.println(＂主线程继续执行＂);         Thread.sleep(5000);         System.out.println(＂主线程执行结束＂);     } }
　　通过示例我们发现CompletableFuture的优点： 异步任务结束时，会自动回调某个对象的方法； 异步任务出错时，会自动回调某个对象的方法； 主线程设置好回调后，不再关心异步任务的执行。
　　当然这些优点还不足以体现CompletableFuture的强大，还有更厉害的功能。 串行执行
　　多个CompletableFuture可以串行执行，如第一个任务先进行查询，第二个任务再进行更新 public class CompletableFutureDemo {     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {         // 第一个任务         CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 1234);         // 第二个任务         CompletableFuture secondFuture = future.thenApplyAsync((num) -> {             System.out.println(＂num:＂ + num);             return num + 100;         });         secondFuture.thenAccept(System.out::println);         System.out.println(＂主线程继续执行＂);         Thread.sleep(5000);         System.out.println(＂主线程执行结束＂);     } }并行任务
　　CompletableFuture除了可以串行，还支持并行处理。 public class CompletableFutureDemo {     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {         // 第一个任务         CompletableFuture oneFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 1234);         // 第二个任务         CompletableFuture twoFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 5678); 		// 通过anyOf将两个任务合并为一个并行任务         CompletableFuture anyFuture = CompletableFuture.anyOf(oneFuture, twoFuture);          anyFuture.thenAccept(System.out::println);         System.out.println(＂主线程继续执行＂);         Thread.sleep(5000);         System.out.println(＂主线程执行结束＂);     } }
　　通过anyOf()可以实现多个任务只有一个成功，CompletableFuture还有一个allOf()方法实现了多个任务必须都成功之后的合并任务。 小结
　　Runnable接口实现的异步线程默认不能返回任务运行的结果，当然可以通过改造实现返回，但是复杂度高，不适合进行改造；
　　Callable接口配合FutureTask可以满足异步任务结果的返回，但是存在一个问题，主线程在获取不到结果时会阻塞等待；
　　CompletableFuture进行了增强，只需要指定任务执行结束或异常时的回调对象，在结束后会自动执行，并且支持任务的串行，并行和多个任务都执行完毕后再执行等高级方法。


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