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创建线程都有哪些方式?— Callable篇

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今天我们先来看一道面试题引发的思考

问: 创建线程都有哪些方式?

答: 我了解的有四种创建方式:

  1. 继承Thread类创建线程类
  2. 通过Runnable接口创建线程类
  3. 通过Callable和Future创建线程
  4. 通过线程池创建

相信大家回答这个问题没什么难度吧?通常问完创建方式,那么接下来就是问「1、2」跟「3」创建方式的不同了,只要说出「3」有返回值基本这个问题就过了,不管是出于好奇还是疑惑,我们今天来会会这个Callable。

实现Runnable接口或者是继承Thread,这两种方式都有个缺点,那就是在线程执行完之后无法获得返回值,所谓的返回值在这举个例子,比如有一个下载功能,下载某个界面的所有图片,图片下载完之后要返回给用户用于展示,如果我们采用方式1、2的话,显然很难实现,所以我们可以采用实现Callbale接口,并用Future接收多线程的执行结果来实现,具体代码如下:

public class TestCallable {

    public static void main(String[] args) {

        DownImgThread demo = new DownImgThread();
        FutureTask<List<String>> futureTask = new FutureTask<>(demo);

        new Thread(futureTask).start();

        try {
            System.out.println("-----开始获取图片-----");
            List<String> imgs = futureTask.get();
            for (String img: imgs) {
                System.out.println("图片:"+img);
            }
            System.out.println("-----获取图片结束-----");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

/**
 * 下载图片的线程DownImgThread
 */
public class DownImgThread implements Callable<List<String>> {

    @Override
    public List<String> call() throws Exception {
        List result = new ArrayList();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            result.add("https://sscai.club/img/a"+i+".jpg");
        }
        /**
         * 模拟3秒的网络请求操作
         */
        Thread.sleep(3000);
        return result;
    }
}

执行结果:

-----开始获取图片-----
图片:https://sscai.club/img/a0.jpg
图片:https://sscai.club/img/a1.jpg
图片:https://sscai.club/img/a2.jpg
图片:https://sscai.club/img/a3.jpg
图片:https://sscai.club/img/a4.jpg
图片:https://sscai.club/img/a5.jpg
图片:https://sscai.club/img/a6.jpg
图片:https://sscai.club/img/a7.jpg
图片:https://sscai.club/img/a8.jpg
图片:https://sscai.club/img/a9.jpg
-----获取图片结束-----

通过如上代码我门来看看Callable和Future是如何使用的,首先DownImgThread类(下载图片类)实现了Callable接口,接口后面携带一个泛型T,这个泛型T将用作返回值,我们来看一下 Callable 的接口定义:

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

如上,Callable接口只有一个 call() 方法,同时 call() 方法有一个返回值 V ,所以上边我们在实现 call() 方法时才能将返回值返回回去。在 call() 方法内部通过一个「for循环+休眠」模拟了网络请求的过程,然后将图片的集合返回。

我们再回到主线程main方法,整体代码还是比较清晰的,可能小伙伴对FutureTask有点陌生。

在了解FutureTask之前,我们先来了解一下Future。

Future

Future是用来获取异步计算结果的,这个结果是未来的,只有当结果最终处理完成后才会出现在Future中,我们来看一下Future接口的源码。

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;
}

解读这5个方法:

  • boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning):如果任务还没开始,执行cancel(...)方法将返回false;如果任务已经启动,执行cancel(true)方法将以中断执行此任务线程的方式来试图停止任务,如果停止成功,返回true;当任务已经启动,执行cancel(false)方法将不会对正在执行的任务线程产生影响(让线程正常执行到完成),此时返回false;当任务已经完成,执行cancel(...)方法将返回false。mayInterruptRunning参数表示是否中断执行中的线程。
  • boolean isCancelled():如果任务完成前被取消,则返回true。
  • boolean isDone():如果任务执行结束,无论是正常结束或是中途取消还是发生异常,都返回true。
  • V get():获取异步执行的结果,如果没有结果可用,此方法会阻塞直到异步计算完成。
  • V get(long timeout, TimeUnit unit):获取异步执行结果,如果没有结果可用,此方法会阻塞,但是会有时间限制,如果阻塞时间超过设定的timeout时间,该方法将抛出异常。

总之,Future实际上提供了3种功能:

  1. 能够中断执行中的任务;
  2. 判断任务是否执行完成;
  3. 获取任务执行完成后的结果。

但是我们必须明白Future只是一个接口,我们无法直接创建对象,因此就需要其实现类FutureTask。

FutureTask

用FutureTask来实现Future,但是这里并不是直接实现的,我们通过一张图来看一下之间的关系:

FutureTask代码中对应截图部分:

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {

FutureTask实现了RunnableFuture接口,然后我们再来看一下RunnableFuture接口:

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {  
    void run();  
}

RunnableFuture同时实现了Runnable、Future这两个接口,也就是,既可以通过Runnable接口实现线程,也可以通过Fufure取得异步线程执行后的结果,因为实现了Runnable的缘故,那么FutureTask也可以直接提交给Executor执行,Executor接口代码如下:

public interface Executor {
    void execute(Runnable command);
}

这个地方为什么要提到Executor呢?

我们再回到最上边写的那个测试代码TestCallable中,有这么一行代码:new Thread(futureTask).start();,这段代码是用来创建并开启一个线程,但是问题来了,这种创建线程的方式是有很大弊端的:

  • 每次new Thread新建对象性能差;
  • 线程缺乏统一管理,可能无限制新建线程,相互之间竞争,及可能占用过多系统资源导致死机或OOM;
  • 缺乏更多功能,如定时执行、定期执行、线程中断。

而通过Executor线程池的方式显然要效率很高。

至此,我们了解了Callable、Future、FutureTask,同时知道了Future跟FutureTask之间的关系,还间接地了解到FutureTask也可以直接提交给Executor执行,那么我们重新修改一下最开始的代码:

public class TestCallable {

    public static void main(String[] args) {

        /**创建Callable对象任务 **/
        DownImgThread demo = new DownImgThread();

        /**创建线程池**/
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

        /**提交任务并获取执行结果**/
        Future<List<String>> futureTask = executorService.submit(demo);
        
        /**关闭线程池**/
        executorService.shutdown();

        try {
            System.out.println("-----开始获取图片-----");
            List<String> imgs = futureTask.get();
            for (String img: imgs) {
                System.out.println("图片:"+img);
            }
            System.out.println("-----获取图片结束-----");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

执行结果:

-----开始获取图片-----
图片:https://sscai.club/img/a0.jpg
图片:https://sscai.club/img/a1.jpg
图片:https://sscai.club/img/a2.jpg
图片:https://sscai.club/img/a3.jpg
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图片:https://sscai.club/img/a5.jpg
图片:https://sscai.club/img/a6.jpg
图片:https://sscai.club/img/a7.jpg
图片:https://sscai.club/img/a8.jpg
图片:https://sscai.club/img/a9.jpg
-----获取图片结束-----

眼尖的小伙伴,估计要开始吐槽创建线程池的方式了,是的阿里巴巴开发规范中强制要求「线程池不允许使用 Executors 去创建,而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式」,所以也是给小伙伴留个作业,自己动手修改一下上方代码吧。

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