FutureTask 深度解析

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

先看下FutureTask的注释吧

FutureTask一个可取消的异步计算，FutureTask 实现了Future的基本方法，提空 start cancel 操作，可以查询计算是否已经完成，

并且可以获取计算的结果。结果只可以在计算完成之后获取，get方法会阻塞当计算没有完成的时候，一旦计算已经完成，

那么计算就不能再次启动或是取消。

一个FutureTask 可以用来包装一个 Callable 或是一个runnable对象。因为FurtureTask实现了Runnable方法，所以一个
FutureTask可以提交(submit)给一个Excutor执行(excution).

FutureTask 有两个很重要的属性 分别是 state  runner ，futureTask之所以可以支持cancel操作 就是因为这两个属性
其中 state为 枚举值：
NEW                            新建            0
COMPLETING             执行中        1
NORMAL                    正常            2
EXCEPTIONAL            异常            3
CANCELLED                取消            4
INTERRUPTING        中断中        5
INTERRUNPED            被中断        6
state的状态变化可以有四种方式
NEW->COMPLETING->NORMAL                            正常完成的流程
NEW->COMPLETING->EXCEPTIONAL                出现异常的流程
NEW->CANCELED                                                  被取消
NEW->INTERRUNPING->INTERRRUNPTED        被中断

我们研究下Task的状态变化也就是一个任务的生命周期:

我们创建一个FutureTask 首先会调用构造方法:

public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
        this.callable = Executors.callable(runnable, result);
        this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
 }

在我们构造Task的时候会把状态 设置成 NEW 也就是所有 状态变化路径的起始状态

我们创建完一个Task 会提交给Executes来执行(当然我们也可以自己启动Thread来执行 效果基本是一样，只是交给线程池执行Task可能会延迟执行）。

在之后的Task生命周期的变化 主要取决于 run()方法先被调用还是cancel ()方法会被调用，这两个方法的执行顺序决定了Task的生命周期的四种走向

我们先分析run方法先被调用的情况，为了能对run()方法能更加详细的理解我在run方法中加了增加了些注释

public void run() {
        /**
        *首先判断任务的状态 如果任务的状态不是new 说明任务的状态已经改变（说明他已经走了4种可能变化的一种）
        * 如果状态是new就会把 当前执行任务的线程付给runner, 这里用的cmpandset如果runner不为空 说明已经有线程在执行
   	* 任务也会退出执行,如果状态是new并且runner为空并且把当前的线程付给了runner那么就继续执行任务(runner state 都是 volatile
        *类型的变量是一个很轻量机的线程安全操作)
        *引起state状态变化的原因 就是调用了cancel 或是 run
        **/
        if (state != NEW ||
            !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                         null, Thread.currentThread()))
            return;
        
        //开始执行任务
        try {
            Callable<V> c = callable;
            /**
            * 如果 要执行的任务不为空 并且状态 new 就执行
   
            ***/
            if (c != null && state == NEW) {
                V result;
                boolean ran;
                try {
                	//执行任务
                    result = c.call();
                    //如果没有意外发生就执行成功了
                    ran = true;
                } catch (Throwable ex) {
                		//有异常
                    result = null;
                    ran = false;
                    //设置异常
                    setException(ex);
                }
                //如果转型成功了 设置结果
                if (ran)
                    (result);
            }
        } finally {
            // runner must be non-null until state is settled to
            // prevent concurrent calls to run()
            //不管是否执行成功了 都把runner设置成null
            runner = null;
            // state must be re-read after nulling runner to prevent
            // leaked interrupts
            int s = state;
            if (s >= INTERRUPTING)
                handlePossibleCancellationInterrupt(s);
        }
    }

 Task执行后如果成功会调用set()方法,如果有异常会调用setException()方法。

我们先看下set方法 ：

  protected void set(V v) {
    	 	/**
    	 	*如过state是new 把state设置成 COMPLETING
    	 	*
    	 	**/
    	 	
        if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
            outcome = v;
            //将任务设置成NORMAL   over the task
            UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
            finishCompletion();
        }
    }

如果现在的状态是NEW 就把状态设置成COMPLETING 然后设置成NORMAL。 这个执行流程导致的状态变化就是

NEW->COMPLETING->NORMAL   

执行步骤是 首先执行 run() 并且Task正常完成而且在这其间没有调用cancel()

上边是任务正常执行完成的状态变化，我们在看下有异常的情况。有异常的话会调用setException()方法:

protected void setException(Throwable t) {
     /**
    	 	*如过state是new 把state设置成 COMPLETING
    	 	*
    	 	**/
        if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
            outcome = t;
             //将任务设置成EXCEPTIONAL 
            UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, EXCEPTIONAL); // final state
            finishCompletion();
        }
    }

如果现在的状态是NEW 就把状态设置成COMPLETING 然后设置成EXCEPTIONAL。 这个执行流程导致的状态变化就是

NEW->COMPLETING->EXCEPTIONAL 
执行步骤是 首先执行 run() 并且Task抛出异常而且在这其间没有调用cancel()。

上文所分析的场景只是run()方法被调用了而在run()方法执行的过程中 调用cancel()并没有分析，两个方法有时间交集的情况我们稍后分析。

现在我们分析下cancel()方法先被调用的情况

上cancel()代码吧

/这个方法有一个参数 是否中断running
     public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
     	  /**
     	  * 这个有点晕啊逻辑关系是
     	  * 等价与 if(state!=new || !UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED))
     	  * 这个意思是 如果state不是new 那么就退出方法，这时的任务任务坑是已经完成了 或是被取消了 或是被中断了
     	  * 如果是state 是new 就设置state 为中断状态 或是取消状态
     	  *
     	  **/
        if (!(state == NEW &&
              UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW,
                  mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED)))
            return false;
        try {    // in case call to interrupt throws exception
        	//如果是可中断 那么就 调用系统中断方法 然后把状态设置成INTERRUPTED
            if (mayInterruptIfRunning) {
                try {
                    Thread t = runner;
                    if (t != null)
                        t.interrupt();
                } finally { // final state
                    UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, INTERRUPTED);
                }
            }
        } finally {
            finishCompletion();
        }
        return true;
    }

这个方法很简单 ：

1.如果是cancel(false) 那么Task的状态变化就是

 NEW->=CANCELLED

2.如果是cancel(true)那么Task的状态化就是

 NEW->INTERRUPTING ->INTERRUPTED

至此Task的四种状态变化我们都看到了，不过这都是在两个方法都是单独执行的情况。

我们在分析下两个方法交叉执行的情况( run()->cancel() )：

1.如果Task已经执行然后再调用cancel():

     A：调用cancel(false)情况
           a：如果Task已经在执行而callable.call()没有返回 或是 call()已经返回但是state状态还没有改变
              那么任务调用cancel(false) 不会对任务的执行造成影响 只会影响task的状态
          

           b：如果callable.call()已经返回并且状态已经变成COMPLETING或是 COMPLED 那么对任务执行 和任务状态都没有影响
    
    B：调用cancel(true)

          a：如果任务已经在执行而callable.call()没有返回 会把state设置成 INTERRUPTING然后调用执行线程的中断请求 然后把状态设置成INTERRUPTED,这里 如果
                callable.call()方法可以响应中断 可能对任务执行产生影响，如果方法不会响应中断不会对任务运行产生影响。影响任务的状态
      
          b：.如果任务已经在执行并且 call()已经返回但是state状态还没有改变  不会对任务的执行造成影响 只会影响任务的状态 。

2。调用cancel()后 在执行任务 ( cancel() -> run() )

      先调用cancel()无论是那种调用方式都会引起state状态的变化。在run()方法执行的时候发现state已经不是new了 就会放弃任务的执行