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FutureTask底层实现

news 来源：原创 2025/8/3 11:30:01

一、FutureTask的基本使用

平时一些业务需要做并行处理，正常如果你没有返回结果的需求，直接上Runnable。

很多时候咱们是需要开启一个新的线程执行任务后，给我一个返回结果。此时咱们需要使用Callable。

在使用Callable的时候，一般就会配合FutureTask去使用。

FutureTask在构建时，需要基于有参构造将Callable任务传递到Future中，在给线程提交任务时，提交的是FutureTask，不过Thread对象，值提供了传递Runnable（任务）的有参构造。紧接着查看FutureTask的结构，会发现FutureTask实现了RunnableFuture的接口，RunnableFuture继承了Runnable。所以本质上来说，FutureTask也是Runnable类型。

基本使用方式

public static void main(String[] args)  {// 封装一个Callable的任务，扔到FutureTask中Callable callable = new Callable() {@Overridepublic Object call() throws Exception {Thread.sleep(3000);
//                异常结束
//                int i = 1 / 0;double b = Math.random();return b;}};FutureTask task = new FutureTask(callable);// 构建线程，并且传递Callable的任务Thread t = new Thread(task);// 启动线程t.start();// 主线程获取子线程中callable的任务结果try {Object o = task.get();System.out.println("任务执行没异常。" + o);} catch (Exception e) {System.out.println("任务执行有异常。" + e);}}

二、FutureTask任务状态的流转

FutureTask中，提供了很多种任务状态

```java
private volatile int state;
private static final int NEW = 0; // 刚new任务
private static final int COMPLETING = 1; // 任务开始跑！
private static final int NORMAL = 2; // 正常结束，返回结果
private static final int EXCEPTIONAL = 3; // 异常结束，返回异常
private static final int CANCELLED = 4; // 任务取消，需要自己调用FutureTask提供的API
private static final int INTERRUPTING = 5; // 任务中断ing，根据线程走中断。。
private static final int INTERRUPTED = 6; // 任务中断了。
```

FutureTask任务的流转过程有这四种可能：

```java
NEW -> COMPLETING -> NORMAL
NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL
NEW -> CANCELLED
NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED
```

了解了这几个状态和状态流转的过程后，再查看源码中的几个核心属性

/** 传递给FutureTask的Callable，存这！ */
private Callable<V> callable;
/** 存储返回结果的，正常返回和异常返回信息都存这。 */
private Object outcome;
/** 运行任务滴内个线程执行任务的子线程*/
private volatile Thread runner;
/** 这里是排队等待结果的线程存储位置等到结果的主线程*/
private volatile WaitNode waiters;

三、FutureTask中任务的执行

因为需要启动线程来执行FutureTask提供的任务。

而启动线程就是走Thread对象的start方法。

start方法就会调用有参构造传入的Runnable的run方法。

FutureTask是Runnable的实现类，自然也需要重写run方法。

就是查看FutureTask的run方法。

---

四、FutureTask中返回结果的封装

因为FutureTask的任务可以正常返回，也有异常返回。

在正常返回时，执行set方法。

> set方法第一步是基于CAS的方式，将任务状态从NEW，修改为COMPLETING，修改成功后，就会将返回结果赋值给outcome。最后再将状态从COMPLETING修改为NORMAL，代表任务正常结束了。

在异常返回时，执行setException方法

> set方法第一步是基于CAS的方式，将任务状态从NEW，修改为COMPLETING，修改成功后，就会将返回的异常结果赋值给outcome。最后再将状态从COMPLETING修改为EXCEPTIONAL，代表任务异常结束。

**线程池执行任务时，如果任务出现异常，会发生什么？**

* 线程结束的方式。 run方法结束（正常结束、异常结束）
* Runnable和FutureTask处理异常的方式。
* Runnable的异常会直接抛出来给线程
* FutureTask的异常会基于setException存储到outcome中。

五、FutureTask中任务取消的操作

cancel就是FutureTask提供的一个取消任务的方法。

这个方法中有一个参数，mayInterruptIfRunning。

如果传递true，会将执行任务的线程做interrupt方法，但是这个执行任务的线程能否及时停住，不一定，要看具体业务代码怎么写的。

如果传递false，不会中断，只会尝试修改状态

查看源码：

六、FutureTask获取结果的方式

其他线程要获取FutureTask的返回结果时，会执行get方法。

在get方法中，首先就是查看当前任务的状态是否完成，如果没完成，需要挂起当前等待任务的线程。

任务没完整，需要走awaitDone的逻辑。

在死循环中： **是一堆if else，每次循环只走一个逻辑。**

* 查看任务状态是否完成，完成就退出awaitDone逻辑。
* 如果任务状态是COMPLETING，那就yield稍等一会，因为任务马上完成！
* 查看当前线程是否被中断，如果被中断，最好后续处理，然后直接抛异常！
* 封装WaitNode
* 如果使用get方法时，指定了等待时间，先查看时间到了没，到了就不等了，返回。
* 正常将当前线程封装为WaitNode。
* 如果WaitNode还没添加到队列排队，这里就将声明好的WaitNode排队进来。
* 如果get方法指定了等待时间，在这里计算好等待的时间，并且任务没处理完，直接park(时间)挂起
* 前面都没走，最后在这，直接park无限期挂起，等待被唤醒。

最后会根据任务完成的状态做不同的操作。

* NORMAL：正常返回结果
* EXCEPTIONAL：将setException中存储的异常直接抛出。
* 大于CANCELLED：直接抛出CancellationException异常

七、FutureTask任务完成后的唤醒操作

在任务完成后，无论是正常的完成，还是异常完成，还是说被取消的情况，最终都会执行finishCompletion方法，去唤醒所有排队的WaitNode节点。

执行finishCompletion的第一步操作，就是拿到当前正在排队的waiters这个单向链表。

需要基于CAS将单向链表的waiters的引用置位null（help GC）。这里是个死循环，如果第一次CAS失败，会再次CAS。

然后将waiters中的单向链表的所有WaitNode中的线程统统滴unpark唤醒。

同时FutureTask也提供了一个done操作，可以在任务完成后，做一个你希望做的事，这个方法需要你自己重写

八、FutureTask的实战应用

下回分解