Java 多線程（1）：獲得線程的返回結(jié)果

VincentFF 發(fā)布于2019-08-14 16:59 / 3095人閱讀

摘要：使用獲得返回結(jié)果新建個(gè)線程，每個(gè)線程分別負(fù)責(zé)累加慢速累加器線程等待線程執(zhí)行完畢累加的結(jié)果運(yùn)行結(jié)束，結(jié)果為運(yùn)行結(jié)果第二種方法使用和。

Java 對(duì)多線程編程提供了內(nèi)置的支持并提供了良好的 API，通過(guò)使用 Thread 和 Runnable 兩個(gè)基礎(chǔ)類(lèi)，我們可以很方便的創(chuàng)建一個(gè)線程：

Runnable runnable = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("線程啟動(dòng)");
        // 耗時(shí)操作
        System.out.println("線程結(jié)束");
    }
};

Thread thread = new Thread(runnable); // 創(chuàng)建線程，runnable 作為線程要執(zhí)行的任務(wù)（載體）
thread.start(); // 啟動(dòng)線程
thread.join(); // 等待線程執(zhí)行完畢

{ 題外話開(kāi)始：

通過(guò) Thread 的類(lèi)聲明：

我們可以知道 Thread 自己也實(shí)現(xiàn)了 Runnable 接口，Thread 中 run 方法的實(shí)現(xiàn)如下（Thread 啟動(dòng)之后運(yùn)行的就是 Thread 中的 run 方法）：

（target 即構(gòu)造 Thread 時(shí)可傳入的 Runnable 對(duì)象，不傳入即為 null —— 所以繼承 Thread 重寫(xiě)其 run 方法也是一種創(chuàng)建線程的方式）

題外話結(jié)束 }

Runnable.java 的代碼：

Runnable 的 run 方法是不帶返回值的，那如果我們需要一個(gè)耗時(shí)任務(wù)在執(zhí)行完之后給予返回值，應(yīng)該怎么做呢？

第一種方法：在 Runnable 的實(shí)現(xiàn)類(lèi)中設(shè)置一個(gè)變量 V，在 run 方法中將其改變?yōu)槲覀兤诖慕Y(jié)果，然后通過(guò)一個(gè) getV() 方法將這個(gè)變量返回。

import java.util.*;

public class RunnableTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("使用 Runnable 獲得返回結(jié)果：");

        List workers = new ArrayList<>(10);
        List tasks = new ArrayList<>(10);

        // 新建 10 個(gè)線程，每個(gè)線程分別負(fù)責(zé)累加 1~10, 11~20, ..., 91~100
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            AccumRunnable task = new AccumRunnable(i * 10 + 1, (i + 1) * 10);
            Thread worker = new Thread(task, "慢速累加器線程" + i);

            tasks.add(task);
            workers.add(worker);

            worker.start();
        }

        int total = 0;
        for (int i = 0, s = workers.size(); i < s; i++) {
            workers.get(i).join();  // 等待線程執(zhí)行完畢
            total += tasks.get(i).getResult();
        }

        System.out.println("
累加的結(jié)果: " + total);
    }

    static final class AccumRunnable implements Runnable {

        private final int begin;
        private final int end;

        private int result;

        public AccumRunnable(int begin, int end) {
            this.begin = begin;
            this.end = end;
        }

        @Override
        public void run() {
            result = 0;
            try {
                for (int i = begin; i <= end; i++) {
                    result += i;
                    Thread.sleep(100);
                }
            } catch (InterruptedException ex) {
                ex.printStackTrace(System.err);
            }
            System.out.printf("(%s) - 運(yùn)行結(jié)束，結(jié)果為 %d
",
                    Thread.currentThread().getName(), result);
        }

        public int getResult() {
            return result;
        }
    }

}

運(yùn)行結(jié)果：

第二種方法：使用 Callable 和 FutureTask。
Callable 是 JDK1.5 時(shí)添加的類(lèi)，為的就是解決 Runnable 的痛點(diǎn)（沒(méi)有返回值和不能拋出異常）。

Callable.java 的代碼：

可以看到參數(shù)化類(lèi)型 V 就是返回的值的類(lèi)型。

但是查看 Thread 的構(gòu)造方法，我們發(fā)現(xiàn) Thread 只提供了將 Runnable 作為參數(shù)的構(gòu)造方法，并沒(méi)有使用 Callable 的構(gòu)造方法 —— 所以引出 FutureTask。

FutureTask 也是 JDK1.5 時(shí)添加的類(lèi)，查看它的類(lèi)聲明：

可以看到它實(shí)現(xiàn)了 RunnableFuture 這個(gè)接口，我們?cè)倏纯?RunnableFuture：

可以看到 RunnableFuture 接口繼承了 Runnable 接口，那么 RunnableFuture 接口的實(shí)現(xiàn)類(lèi) FutureTask 必然會(huì)去實(shí)現(xiàn) Runnable 接口 —— 所以 FutureTask 可以用來(lái)當(dāng) Runnable 使用。查看 FutureTask 的構(gòu)造方法，發(fā)現(xiàn) FutureTask 有兩個(gè)構(gòu)造方法：

第一個(gè)構(gòu)造方法表明我們可以通過(guò)一個(gè) Callable 去構(gòu)造一個(gè) FutureTask —— 而 FutureTask 實(shí)現(xiàn)了 Runnable 接口，從而可以將該任務(wù)傳遞給 Thread 去運(yùn)行；

第二個(gè)構(gòu)造方法是通過(guò)一個(gè) Runnable 和一個(gè)指定的 result 去構(gòu)造 FutureTask。

我們?cè)賮?lái)看看 FutureTask 通過(guò) RunnableFuture 實(shí)現(xiàn)的第二個(gè)接口：Future。
（事實(shí)上，RunnableFuture 是在 JDK1.6 時(shí)添加的類(lèi)，我猜測(cè)在 JDK1.5 時(shí) FutureTask 應(yīng)該是直接實(shí)現(xiàn)的 Runnable 和 Future，而不是通過(guò) RunnableFuture）

Future.java 的源碼：

Future 包含的方法有 5 個(gè)，本文只關(guān)注它兩個(gè) get 相關(guān)的方法。通過(guò) Java 的 API 文檔，我們可以知道 get 方法是用來(lái)返回和 Future 關(guān)聯(lián)的任務(wù)的結(jié)果（即構(gòu)造 FutureTask 時(shí)使用的 Callable 的結(jié)果）。帶參數(shù)的 get 方法指定一個(gè)超時(shí)時(shí)間，在超時(shí)時(shí)間內(nèi)該方法會(huì)阻塞當(dāng)前線程，直到獲得結(jié)果之后停止阻塞繼續(xù)運(yùn)行 —— 如果在給定的超時(shí)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有獲得結(jié)果，那么便拋出 TimeoutException 異常；不帶參數(shù)的 get 可以理解為超時(shí)時(shí)間無(wú)限大，即一直等待直到獲得結(jié)果。

（Future 每個(gè)方法的詳細(xì)用法可以參考 Java 多線程（3））

通過(guò)以上我們可以知道，Callable、Future、FutureTask 這三個(gè)類(lèi)是相輔相成的。以上提到關(guān)鍵類(lèi)的類(lèi)關(guān)系如下：

現(xiàn)在我們看看 FutureTask 中實(shí)現(xiàn) Runnable 的 run 方法是怎樣的（我們直接看關(guān)鍵代碼）：

代碼的意思很明確，調(diào)用構(gòu)造 FutureTask 時(shí)傳入的 Callable 的 call 方法，如果正常執(zhí)行完畢，那么通過(guò) set(result) 設(shè)置結(jié)果，通過(guò) get() 方法得到的即為這個(gè)結(jié)果 —— 思路和前面第一種方法是一致的（當(dāng)然 FutureTask 是更強(qiáng)大和更通用的類(lèi)）；否則即為拋出異常的情況。

使用 FutureTask 的過(guò)程如下：
（1）通過(guò)一個(gè) Callable 任務(wù)或者一個(gè) Runnable（一開(kāi)始就指定 result）任務(wù)構(gòu)造 FutureTask；
（2）將 FutureTask 交給 Thread 去運(yùn)行；
（3）使用 FutureTask 的 get 方法（或者 Thread 的 join 方法）阻塞當(dāng)前線程直到獲得任務(wù)的結(jié)果。

現(xiàn)在我們使用 Callable 改寫(xiě)程序：

import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;

public class CallableTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("使用 Callable 獲得返回結(jié)果：");
        
        List> futureTasks = new ArrayList<>(10);
        // 新建 10 個(gè)線程，每個(gè)線程分別負(fù)責(zé)累加 1~10, 11~20, ..., 91~100
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            AccumCallable task = new AccumCallable(i * 10 + 1, (i + 1) * 10);
            FutureTask futureTask = new FutureTask<>(task);
            futureTasks.add(futureTask);
            
            Thread worker = new Thread(futureTask, "慢速累加器線程" + i);
            worker.start();
        }

        int total = 0;
        for (FutureTask futureTask : futureTasks) {
            total += futureTask.get(); // get() 方法會(huì)阻塞直到獲得結(jié)果
        }

        System.out.println("累加的結(jié)果: " + total);
    }

    static final class AccumCallable implements Callable {

        private final int begin;
        private final int end;

        public AccumCallable(int begin, int end) {
            this.begin = begin;
            this.end = end;
        }

        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            int result = 0;
            for (int i = begin; i <= end; i++) {
                result += i;
                Thread.sleep(100);
            }
            System.out.printf("(%s) - 運(yùn)行結(jié)束，結(jié)果為 %d
",
                    Thread.currentThread().getName(), result);

            return result;
        }
     
    }
    
}

運(yùn)行結(jié)果：

可以看到使用 Callable + FutureTask 的程序代碼要比 Runnable 的代碼更簡(jiǎn)潔和方便 —— 當(dāng)需要線程執(zhí)行完成返回結(jié)果時(shí)（或者任務(wù)需要拋出異常），Callable 是優(yōu)先于 Runnable 的選擇。