多线程高并发编程(7) — Future源码剖析

28x29新闻网 • 2020年5月5日 17:41 • 时事新闻 • 阅读 31

一.观点

　　A Future盘算的效果。 提供方式来检查盘算是否完成，守候其完成，并检索盘算效果。 效果只能在盘算完成后使用方式get举行检索，若有需要，壅闭，直到准备就绪。 作废由cancel方式执行。 提供其他方式来确界说务是否正常完成或被作废。 盘算完成后，不能作废盘算。 若是您想使用Future ，以便不能打消，但不提供可用的效果，则可以声明Future<?>表格的类型，并返回null作为基础义务的效果。 

public interface Future<V> {
    //实验作废执行此义务。若是义务已经完成，已经被作废或由于某些其他缘故原由而无法作废，则此实验将失败。
    //若是乐成，而且在挪用 cancel 时此义务尚未最先，则该义务永远无法运行。
    //若是义务已经最先，则 mayInterruptIfRunning 参数确定是否应中止执行该义务的线程以实验住手该义务。
    //mayInterruptIfRunning == true， 示意中止执行中的线程，false 示意让线程正常完成
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    //若是此义务在正常完成之前被作废，则返回true。
    boolean isCancelled();
    //若是此义务完成，则返回true。完成可能是由于正常终止，异常或作废引起的，在所有这些情况下，此方式都将返回true。
    boolean isDone();
    //需要时守候盘算完成，然后检索其效果
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    //需要时最多守候给准时间以完成盘算，然后检索其效果（若是有）。
    V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

　　多线程高并发编程(7) -- Future源码剖析

　　Future是一个接口，提供了方式来检测当前的义务是否已经竣事，还可以守候义务竣事而且拿到一个效果，通过挪用Future的get()方式可以当义务竣事后返回一个效果值，若是事情没有竣事，则会壅闭当前线程，直到义务执行完毕；可以通过挪用cancel()方式来住手一个义务，若是义务已经住手，则cancel()方式会返回true；若是义务已经完成或者已经住手了或者这个义务无法住手，则cancel()会返回一个false。当一个义务被乐成住手后，他无法再次执行。isDone()和isCancel()方式可以判断当前事情是否完成和是否作废。　　

　　类图结构：

 多线程高并发编程(7) -- Future源码剖析

线性模型

  • ScheduledFuture：这个接口示意一个延时的行为可以被作废。通常一个安排好的future是准时义务SchedualedExecutorService的效果；
  • RunnableFuture： 这个接口同时继续Future接口和Runnable接口，在乐成执行run()方式后，可以通过Future接见执行效果；
  • ForkJoinTask：基于义务的抽象类，可以通过ForkJoinPool来执行。一个ForkJoinTask是类似于线程实体，然则相对于线程实体是轻量级的。大量的义务和子义务会被ForkJoinPool池中的真实线程挂起来，以某些使用限制为价值；
  • CompletableFuture：一个Future类是显示的完成，而且能被用作一个完成品级，通过它的完成触发支持的依赖函数和行为。当两个或多个线程要执行完成或作废操作时，只有一个能够乐成；
  • RunnableScheduledFuture：执行延迟和周期性义务；在乐成执行run()方式后，可以通过Future接见执行效果；
  • FutureTask：可作废的异步盘算
    • 该类提供了一个Future的基本实现 ，具有启动和作废盘算的方式，查询盘算是否完整，并检索盘算效果。效果只能在盘算完成后才气检索; 若是盘算尚未完成，则get方式将阻止。一旦盘算完成，则无法重新启动或作废盘算（除非使用runAndReset()挪用盘算 ）；
    • A FutureTask可用于包装Callable或Runnable工具。 由于FutureTask实现Runnable ，一个FutureTask可以提交到一个Executor执行；
  • RecursiveTask：递归效果ForkJoinTask；
  • RecursiveAction：递归效果ForkJoinTask；

二.用法

 　　一个场景，我们要学习做饭，那么我们需要准备厨具和食材，厨具通过电子商务网购，食材去菜市场挑选。那么可以使用多线程来并发举行，即我们可以先网购下单，在守候快递员送货过来的这段时间去菜市场买食材，节省时间，提高效率。

  1. 直接开启线程，使用类继续Thread重写方式实现网购，join壅闭直到厨具到达才最先做饭。 
    public class FutureTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        OnlineShopping shopping = new OnlineShopping();
        shopping.start();
        Thread.sleep(2000);//守候送货执行完
        System.out.println("第二步：食材到位");
        shopping.join();//壅闭订单直到快递送到获得厨具
        System.out.println("第三步：最先厨艺");
        System.out.println("总共用时：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    }

    static class OnlineShopping extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("第一步：下单");
            System.out.println("第一步：守候送货");
            try {
                Thread.sleep(5000);//送货中
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("第一步：快递送到");
        }
    }
}
//======效果======
第一步：下单
第一步：守候送货
第二步：食材到位
第一步：快递送到
第三步：最先厨艺
总共用时：5003ms 
  2. 使用Future模式来完成上述操作，通过Callable返回效果来获取厨具，可以通过FutureTask天真地操作订单，由此可见，比继续Thread完成的订单，Future模式更具有天真性， 
    public class FutureTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        Callable<String> shopping = () ->{
            System.out.println("第一步：下单");
            System.out.println("第一步：守候送货");
            Thread.sleep(5000);//快递员送货中
            System.out.println("第一步：快递送到");
            return "厨具到达";
        };
        FutureTask<String> task = new FutureTask<>(shopping);
        new Thread(task).start();
        Thread.sleep(2000);//保证下单操作执行到“守候送货”中
        System.out.println("第二步：食材到位");
        if (!task.isDone()) {  // 联系快递员，询问是否到货
            System.out.println("第三步：厨具还没到，心情好就等着（心情欠好就挪用cancel方式作废订单）");
        }
        String chuju = task.get();//获得厨具
        System.out.println("第三步：最先厨艺");
        System.out.println("总共用时：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    }
}
//======效果======
第一步：下单
第一步：守候送货
第二步：食材到位
第三步：厨具还没到，心情好就等着（心情欠好就挪用cancel方式作废订单）
第一步：快递送到
第三步：最先厨艺
总共用时：5048ms 

三.剖析

　　使用Future模式的三部曲：

  1. 建立Callable重写call方式，把网购逻辑封装到call中，返回界说效果“厨具”； 
    public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}
  2. 建立FutureTask，把Callable实例放入FutureTask的组织方式中； 
    public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>{
    public FutureTask(Callable<V> callable) {
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        this.callable = callable;
        this.state = NEW;       // 确保callable的可见性
    }
    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
        this.callable = Executors.callable(runnable, result);
        this.state = NEW;       // 确保callable的可见性
    }
}
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    void run();
}

     FutureTask的run方式：Callable的call是被FutureTask的run方式挪用的，不是异步运行的；

    public void run() {
        // 1. 若是 state !=  NEW 说明 run 方式已经运行过，直接 return
        // 2. 若是 state == NEW && CAS 竞争 设置 runner 失败，说明已经有其余线程在运行，直接 return
        // NEW 的状态由组织方式初始化，runner 是运行该 Callable 的线程
        if (state != NEW ||
            !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                         null, Thread.currentThread()))
            return;
        try {
            Callable<V> c = callable;// 这里的callable是从组织方式内里传人的
            if (c != null && state == NEW) {
                V result;
                boolean ran;// 标识符
                try {
                    result = c.call();//获得效果
                    ran = true;
                } catch (Throwable ex) {//异常
                    result = null;
                    ran = false;
                    setException(ex);
                }
                if (ran)//乐成没有异常，设置返回值
                    set(result);
            }
        } finally {
            // runner must be non-null until state is settled to
            // prevent concurrent calls to run()
            //在状态设置之前，runner必须是非空的，以防止对run()的并发挪用
            runner = null;
            // state must be re-read after nulling runner to prevent
            // leaked interrupts
            //为防止泄露中止，必须在空runner之后将状态设置为重复读
            int s = state;
            // 若是最终状态 >= INTERRUPTING，则处置中止
            // cancel 方式会通过参数 mayInterruptIfRunning 来设置 state 的值
            if (s >= INTERRUPTING)
                handlePossibleCancellationInterrupt(s);
        }
    }

     状态属性state：

        private volatile int state;//状态，volatile让状态可见性
    private static final int NEW          = 0;//组织方式建立时的状态
    private static final int COMPLETING   = 1;//这是一个中心态，完成时和泛起异常时有使用到
    private static final int NORMAL       = 2;//完成运行时的最终状态
    private static final int EXCEPTIONAL  = 3;//异常时的最终状态
    private static final int CANCELLED    = 4;//已作废
    private static final int INTERRUPTING = 5;//中止中
    private static final int INTERRUPTED  = 6;//已中止
    
    可能的 state 转换：
    NEW -> COMPLETING -> NORMAL
    NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL
    NEW -> CANCELLED
    NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED

    set设置返回值：

        private Object outcome;//通过get方式获得的返回值
    //设置返回值
    protected void set(V v) {
         // 这里为什么要用 CAS 由于可能会和 cancel 方式发生竞争。
        // 若是竞争失败，说明作废竞争乐成，在 cancel 方式负担叫醒的事情，以是直接跳过。
        if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
            // 竞争乐成
            outcome = v;//outcome为返回效果
            UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // 最终状态为NORMAL
            finishCompletion();
        }
    }

    setException运行时异常：

        protected void setException(Throwable t) {
        // 这里为什么要用 CAS 由于可能会和 cancel 方式发生竞争。
        // 若是竞争失败，说明作废竞争乐成，在 cancel 方式负担叫醒的事情，以是直接跳过。
        if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
            // 竞争乐成
            outcome = t; // outcome 为一个 Throwable
            // 把最终状态改为 EXCEPTIONAL
            UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // final state
            finishCompletion();
        }
    }

    finishCompletion：

        //删除当前线程并叫醒所有守候线程，挪用done()，并作废举行中的方式
    private void finishCompletion() {
        // assert state > COMPLETING;
        //从 waiters 末尾最先遍历，for 自旋直到 CAS 乐成。
        for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
            // 使用 CAS 把 waiters 设置为 null，和 awaitDone 和 removeWatier 方式竞争
            if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
                // 自旋叫醒所有线程
                for (;;) {
                    Thread t = q.thread;
                    if (t != null) {
                        q.thread = null;
                        LockSupport.unpark(t);// 叫醒线程
                    }
                    WaitNode next = q.next;
                    if (next == null)
                        break;
                    q.next = null; // unlink to help gc
                    q = next;
                }
                break;
            }
        }
        // 这个一个空方式，主要用于继续重写，这也是模板模式的体现
        done();
        callable = null;        // to reduce footprint
    }
    protected void done() { }


    //===========例子==============
    //ExecutorCompletionService 的作用就是把线程池的执行效果放到一个已完成行列中，利便获取执行效果，其内部主要通过一个 FutureTask 的实现类 QueueingFuture 来实现这个功效：
    private class QueueingFuture extends FutureTask<Void> {
            QueueingFuture(RunnableFuture<V> task) {
                super(task, null);
                this.task = task;
            }
            protected void done() { completionQueue.add(task); }//done方式是FutureTask方式的重写。FutureTask在完成时会执行done方式，把task放入已完成行列completionQueue。
            private final Future<V> task;
        }

    get获得返回效果：

        public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
        int s = state;//获得状态
        if (s <= COMPLETING)//状态未完成，把获取效果的线程放入守候链表，然后壅闭，直至被中止、完成或泛起异常。
            s = awaitDone(false, 0L);
        return report(s);//返回效果
    }
    private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException {
        final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;//用于计时
        WaitNode q = null;
        boolean queued = false;
        for (;;) {//自旋
            //若是已经被中止，则removeWaiter，抛出中止异常
            if (Thread.interrupted()) {
                removeWaiter(q);
                throw new InterruptedException();
            }
            int s = state;
            if (s > COMPLETING) {//task已经竣事
                if (q != null)
                    q.thread = null;
                return s;
            }
            //马上就要竣事，则让出cpu
            else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
                Thread.yield();
            // 初始化 WaitNode
            else if (q == null)
                q = new WaitNode();
             // 是否已入队，没有则把WaitNode接到末尾
            else if (!queued)
                // 和 finishCompletion 和 removeWaiter 竞争
                // 1. finishCompletion竞争乐成，说明state已经 > COMPLETING则下次循环就会退出
                // 2. removeWaiter竞争乐成，说明waiters变化了，下一次循环再次竞争
                queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
                                                     q.next = waiters, q);
            // 若是使用了计时，则判断是否超时，若是超时则移出WaitNode并立刻返回无需守候效果，否则壅闭 nanos
            else if (timed) {
                nanos = deadline - System.nanoTime();
                if (nanos <= 0L) {
                    removeWaiter(q);
                    return state;
                }
                LockSupport.parkNanos(this, nanos);
            }
            else
                //壅闭，直到被叫醒（正常完成 || 异常 || 中止）
                LockSupport.park(this);
        }
    }
    //凭据awaitDone返回状态返回效果或抛出异常
    private V report(int s) throws ExecutionException {
        Object x = outcome;
        if (s == NORMAL)//正常
            return (V)x;
        if (s >= CANCELLED)//作废
            throw new CancellationException();
        // task 执行过程中泛起异常
        throw new ExecutionException((Throwable)x);
    }

    removeWaiter：

            /**
         * Tries to unlink a timed-out or interrupted wait node to avoid
         * accumulating garbage.  Internal nodes are simply unspliced
         * without CAS since it is harmless if they are traversed anyway
         * by releasers.  To avoid effects of unsplicing from already
         * removed nodes, the list is retraversed in case of an apparent
         * race.  This is slow when there are a lot of nodes, but we don't
         * expect lists to be long enough to outweigh higher-overhead
         * schemes.
         *实验作废链接超时或中止的守候节点以制止聚积垃圾。内部节点的拼接没有CAS，
         *由于这对释放者无论如何遍历都没有影响。 为了制止已删除节点节点未拼接的影响，
         *若是泛起显著的竞争，则重新遍历列表。 当节点许多时会很慢，然则我们不
         *期望列表足够长以抵消较高的开销设计。
         */
    private void removeWaiter(WaitNode node) {
        if (node != null) {
            node.thread = null;
            retry:
            for (;;) {          // restart on removeWaiter race
                //遍历整个链表
                for (WaitNode pred = null, q = waiters, s; q != null; q = s) {
                    s = q.next;
                    //把q看成前一个节点，遍历下一个节点
                    if (q.thread != null)
                        pred = q;
                     // q.thread == null && pred != null，示意当前节点不是第一个节点，是一个中心节点
                     // 这里没有使用 CAS，若是泛起多个线程同时遍历，前一个节点变为null，则重新重新遍历
                     // 为什么没有使用 CAS 由于作者的想法是这个链表不会太长，以是我们使用时不应该使这个链表太长
                     // 操作：把下一个节点连接到前一个节点的后面
                    else if (pred != null) {
                        pred.next = s;//把s连接到pred后面
                        if (pred.thread == null) // check for race
                            continue retry;
                    }
                    // q.thread == null && pred == null，示意第一个节点的 thread == null，
                    // 这里使用 CAS，由于可能多个线程在操作
                    // 操作：把下一个节点设置为末尾节点，若是竞争失败则重新重新遍历
                    else if (!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
                                                          q, s))
                        continue retry;
                }
                break;
            }
        }
    }

  3.  建立Thread，把FutureTask实例放入组织方式中，start开启线程

 参考：https://www.jianshu.com/p/414cc2f0002c

原创文章，作者：28x29新闻网，如若转载，请注明出处：https://www.28x29.com/archives/7443.html

赞 (0)
28x29新闻网 28x29新闻网
0 0
【紫书】算法竞赛之排序算法条记
« 上一篇 2020年5月5日 17:41
两周内3名俄罗斯一线医护跳楼，卫生工作者待遇引担忧
下一篇 » 2020年5月5日 18:38

相关推荐