关于Future机制原理及解析

future机制是

在通过线程去执行某个任务的时候，如果比较耗时，我们可以通过futureTask机制，异步返回，继续去执行其他的任务，在需要获取执行结果的时候，通过future.get()方法去获取，如果任务没有执行完毕，会通过lockSupport.park()方法去阻塞主线程，直到run()方法执行完毕之后，会通过lockSupport.unpark()方法去唤醒线程

应用

public class FutureTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        MyThread myThread = new MyThread();
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(myThread);
        /**
         * 同一个futureTask对象，通过多个线程进行多次调用，但是只会执行一次
         * 如果是计算的操作，需要进行多次计算操作，需要声明不同的futureTask对象
         */
        new Thread(futureTask, "A").start();
        new Thread(futureTask, "B").start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "测试，在调用future.get()方法之前，可以执行其他逻辑 ");
        System.out.println(futureTask.get());
        System.out.println("测试futureTask的get方法阻塞");
    }
}

class MyThread implements Callable<String> {

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

这里就是模拟thread比较耗时，此时就可以通过futureTask异步返回之后，在需要使用的时候，调用其get方法去获取执行结果，如果call()方法还没有执行完，那futureTask.get()方法会一直阻塞，直到线程执行完毕，获取到执行结果

原理

我们先说future.get()是如何阻塞的，也就是说在线程对应的方法还未执行完时，主线程如何去阻塞？

在源码中，有一个重要的属性

private volatile int state;
    /**
     * 在构造函数中，设置为new
     */
    private static final int NEW          = 0;
    /**
     * 线程正常执行完毕，通过CAS将state修改为completing
     */
    private static final int COMPLETING   = 1;
    /**
     *
     */
    private static final int NORMAL       = 2;
    /**
     * 执行线程的时候，如果抛出异常，通过cas修改为exceptional
     */
    private static final int EXCEPTIONAL  = 3;
    /**
     * 如果调用了cancel(boolean mayInterruptIfRunning)方法
     * 入参的mayInterruptIfRunning为true，就通过cas将state设置为INTERRUPTING
     * 如果为false，就通过cas将state修改为cancelled
     */
    private static final int CANCELLED    = 4;
    private static final int INTERRUPTING = 5;
    /**
     * 在调用cancel()方法，入参为true的情况下，如果中断成功，通过cas将state从
     * INTERRUPTING修改为INTERRUPTED
     */
    private static final int INTERRUPTED  = 6;

接着来说get()方法

get()

可以看到，在get()方法中，会先判断当前state是否小于等于 COMPLETING，如果是，就去阻塞

/**
     * @throws CancellationException {@inheritDoc}
     * 在调用future.get()方法的时候，如果线程的run()没有执行完毕，主线程会等待，直到run()方法正确的执行完毕
     * 在内部，是通过lockSupport.park()方法去阻塞线程的
     * 在该机制中，涉及到一个state状态标识
     */
    public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
        int s = state;
        if (s <= COMPLETING)
            s = awaitDone(false, 0L);
        return report(s);
    }

对于get方法来说，最为核心的逻辑是在awaitDone()方法中，在该方法中，会调用lockSupport.park(this)，去阻塞当前线程；

所以，我们可以知道，如果主线程在调用future.get()方法的时候，假如此时run()方法还没有执行完毕，会阻塞当前线程，那阻塞之后，总要有一个地方去唤起，在run()方法正常执行完毕之后，会唤醒当前阻塞的线程，继续执行业务逻辑

run()

public void run() {
        /**
         * 1.校验当前state是否是new状态且通过cas设置当前线程成功
         */
        if (state != NEW ||
            !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                         null, Thread.currentThread()))
            return;
        try {
            Callable<V> c = callable;
            /**
             * 2.校验当前线程中的callable是否有效且state为new
             */
            if (c != null && state == NEW) {
                V result;
                boolean ran;
                try {
                    /**
                     * 2.1 执行call()方法，如果正常执行完毕，设置ran为true
                      */
                    result = c.call();
                    ran = true;
                } catch (Throwable ex) {
                    result = null;
                    ran = false;
                    /**
                     * 2.2 假如执行报错，被捕获到，在setException方法中，也会去唤醒阻塞的线程
                     */
                    setException(ex);
                }
                /**
                 * 3.如果ran为true，就调用set方法，在set方法中，有一步跟重要的操作，就是通过lockSupport.unpark()唤醒线程
                 */
                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);
        }
    }

在这里的run()方法中，setException和set(result)方法中，都会调用一个方法：finishCompletion()

set()

    /*
    * 在set方法中，会通过cas更新当前的state状态
     * 然后在调用finishCompletion的时候，会唤醒阻塞的线程
     * @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();
        }
    }

在线程正常执行完之后，会通过cas将state的状态从new修改为completing，然后再修改为normal

finishCompletion()

/**
     * Removes and signals all waiting threads, invokes done(), and
     * nulls out callable.
     * 这个方法大致的意思是：从等待队列中获取到当前在等待的线程信息，然后通过cas将q设置为null
     * 最后会通过lockSupport.unPark()方法唤醒线程
     */
    private void finishCompletion() {
        // assert state > COMPLETING;
        /**
         * 1.从waiters中获取到等待的节点
         */
        for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
            /**
             * 2.通过cas将q设置为null
             */
            if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
                for (;;) {
                    Thread t = q.thread;
                    /**
                     * 3.唤醒线程
                     */
                    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
    }

这个方法也不需要做过多解释了，就是从waitNode中，获取到当前等待的线程，然后唤醒

来源：https://blog.csdn.net/CPLASF_/article/details/114370375