并发编程：你真的了解FutureTask吗？

FutureTask是什么

public interface Runnable {
    public abstract void run();
}
 
Student implements Runnable
 
Thread xiaoming = new Thread(new Student());
 
xiaoming.start();

我们知道Runnable是一个接口，它用来承载的是具体的任务，交给Thread执行。

有这样一个场景：主线程执行一个任务（理解为调用一个方法）需要获取这个任务的返回值，然后再去执行另一个任务获取返回值，最后将两个返回值做其他处理，一般情况下耗时为两个任务的耗时和，如果想提高性能，可以用异步的方式，可以将任务一包装为Runnable，交给子线程执行，主线程执行第二个任务，这样就节省了一部分耗时，但是Runnable不支持返回值，所以行不通，而FutureTask就是解决这个问题的。

FutureTask的类图如下：

看图可以知道两个事：

• 实现了Runnable接口，所以FutureTask也是一个可以承载任务的任务类。
• 实现了Future接口，Future接口提供了任务操作和获取返回值等方法，利用Future接口可以获取任务执行状态，取消任务，获取任务返回值等。

所以说FutureTask就是一个实现了一套获取返回值机制的任务体，请注意它依然是任务体，自身不能执行任务，依然需要借助Thread执行。

FutureTask应用例子

Callable callableTask = () -> {
    // 一些耗时的计算
    return 42;
};
 
FutureTask futureTask = new FutureTask(callableTask);
Thread thread = new Thread(futureTask);
thread.start();
 
try {
    Integer result = futureTask.get(); // 阻塞直到任务完成并返回结果
    System.out.println("任务结果：" + result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
}

上面就是使用案例，看起来写法比较复杂，其实一旦理解就不复杂了，首先我们上面说了FutureTask实现了Runnable，所以它是任务体，任务体需要依赖Thread执行，所以这里FutureTask和Runnable的写法一样都是作为Thread的入参。

代码中可以看到还有一个Callable类，这个其实也是任务体，它的源码如下：

public interface Callable {
    V call() throws Exception;
}

它是一个有返回值的任务体，但是它和Runnable不同，Runnable是和Thread绑定的官方任务体，而Callable只是为达到实现获取任务返回值而衍生出来的一个任务体，它主要作为FutureTask类中的一个成员属性，充当真正被执行的任务体。

FutureTask源码分析

先看下FutureTask主要的属性和构造方法：

public class FutureTask implements RunnableFuture {
    private volatile int state;
    //等待执行状态 初始状态
    private static final int NEW          = 0;
    //执行完毕状态，但是结果还没有填充到outcome
    private static final int COMPLETING   = 1;
    //返回值填充outcome 正常结束任务状态
    private static final int NORMAL       = 2;
    //因异常而结束
    private static final int EXCEPTIONAL  = 3;
    //任务还未执行之前就调用了cancel(true)方法
    private static final int CANCELLED    = 4;
    //中断的中间状态
    private static final int INTERRUPTING = 5;
    //中断的状态
    private static final int INTERRUPTED  = 6;
 
    private Callable callable;
    private Object outcome; 
    private volatile Thread runner;
    private volatile WaitNode waiters;
    
    static final class WaitNode {
        volatile Thread thread;
        volatile WaitNode next;
        WaitNode() { 
        thread = Thread.currentThread(); 
        }
    }
    
    protected void done() { }
    
     public FutureTask(Callable callable) {
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        this.callable = callable;
        this.state = NEW;       
    }
 
    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
        this.callable = Executors.callable(runnable, result);
        this.state = NEW;       
    }

• state是状态，没到一个阶段都是不同的状态。
• outcome是存放返回值的，当任务执行完返回的值会赋值给outcome
• callable是真正的任务体，run方法在运行的时候实际上是运行callable对象的call方法。
• waiters是线程阻塞等待结果的时候存放的队列，它的类型是WaitNode，WaitNode里面有一个next属性，可见它是一个单向链表结构。
• runner是当前正在执行任务的线程
• done方法在FutureTask里面没有具体实现，它是任务处理完的一个后置方法，是留给子类用的。
• 构造方法一是接收一个Callable对象赋值给成员变量callable。- 构造方法二是接收一个Runnable对象和一个result值，同样是赋值给callable变量。

构造方法一很容易理解，构造方法二则是接收一个Runnable任务体，但是Runnable没有返回值，所以再接收一个result值作为默认的返回值，也就是无论任务体的任务执行的结果是什么，都以result值作为固定的返回值。

public static  Callable callable(Runnable task, T result) {
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        return new RunnableAdapter(task, result);
    }
 
 static final class RunnableAdapter implements Callable {
        final Runnable task;
        final T result;
        RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
            this.task = task;
            this.result = result;
        }
        public T call() {
            task.run();
            return result;
        }
    }

构造方法二中调用了Executors.callable()方法，这个方法就是将Runnable和result值封装为RunnableAdapter对象，RunnableAdapter实现了Callable，所以它也是一个Callable对象，所以可以赋值给成员变量callable.

接下来按照应用案例中的步骤跟一下源码，构造方法我们看了，接下来就是启动线程，启动线程就会调用任务体的run方法，我们从run方法开始跟进源码。

run方法源码分析

 public void run() {
        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 {
                    result = c.call();
                    ran = true;
                } catch (Throwable ex) {
                    result = null;
                    ran = false;
                    setException(ex);
                }
                if (ran)
                    set(result);
            }
        } finally {
            int s = state;
            if (s >= INTERRUPTING)
                handlePossibleCancellationInterrupt(s);
        }
    }

 protected void set(V v) {
        if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
            outcome = v;
            UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
            finishCompletion();
        }
    }

  private void finishCompletion() {
        for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
            if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
                for (;;) {
                    Thread t = q.thread;
                    if (t != null) {
                        q.thread = null;
                        LockSupport.unpark(t);
                    }
                    WaitNode next = q.next;
                    if (next == null)
                        break;
                    q.next = null; 
                    q = next;
                }
                break;
            }
        }
        done();
        callable = null;       
    }

将所有的等待线程唤醒后，最后执行done方法，done方法在FutureTask没有被实现，所以也就相当于什么都不做，那么done存在的意义是什么呢？它存在的意义在于在任务处理的完毕后线程结束前做一些事情，是留给子类扩展用的。

再看futureTask.get()的源码分析

当前线程是等待任务结果的线程不同于上面执行任务的线程：

 public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
        int s = state;
        if (s  COMPLETING) {
                if (q != null)
                    q.thread = null;
                return s;
            }
            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) {
                nanos = deadline - System.nanoTime();
                if (nanos