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Future和FutureTask实现类详解以及使用。

article 2025/2/24 6:04:36

前言

Future是Java并发编程中的一个接口，用来表示异步计算的结果。它允许我们提交一个任务，然后之后再去获取结果，或者在结果可用时处理它。

我们需要考虑Future的主要方法。根据文档，Future接口有几个关键方法：isDone()检查计算是否完成，get()获取结果（会阻塞直到完成），cancel()尝试取消任务，isCancelled()判断是否被取消。这些方法的作用和用法需要详细说明。

然后是Future的实现类。最常用的是FutureTask，它是Future接口的一个实现，同时实现了Runnable接口，所以可以交给Executor执行。除此之外，Java 5还引入了ExecutorService，它提交任务时会返回Future对象，比如submit()方法返回的就是Future。需要具体说明这些实现类的使用场景和示例。

另外，Java 8引入了CompletableFuture，它是对Future的增强，支持更多的异步操作和组合，比如链式调用、组合多个Future等。这部分内容可能也需要涵盖，但读者的问题可能更关注传统的Future和其直接实现类，比如FutureTask。但为了全面性，或许可以简要提及CompletableFuture作为扩展。

接下来，本文的组织内容结构。需要分几个部分：Future接口的方法详解，FutureTask的用法，ExecutorService中的Future应用，以及可能的其他实现类或相关工具。同时，给出实际的代码示例来演示如何使用这些类。

需要注意的一点是，Future的get()方法会阻塞当前线程，这可能导致性能问题。因此，可能需要讨论如何处理这种情况，比如使用超时参数的get()方法，或者结合ExecutorService的正确关闭。

还需要提到异常处理，当任务抛出异常时，Future的get()方法会抛出ExecutionException，需要捕获并处理。这也是使用Future时需要注意的地方。

对于FutureTask，它通常需要Callable或Runnable作为构造参数。例如，可以将Callable包装成FutureTask，然后提交给线程执行。或者直接作为Runnable提交给Executor，因为FutureTask实现了Runnable接口。

另外，关于cancel()方法的使用，需要注意它可能无法真正取消正在执行的任务，只是尝试中断。具体行为取决于任务是否响应中断。因此，在编写任务时，需要正确处理InterruptedException，以便能够被取消。

可能还需要比较Future和其他并发工具，比如CompletableFuture的不同之处，但根据问题要求，重点应在Future及其实现类上。

现在，我们需要考虑实际的代码示例。例如，使用ExecutorService提交Callable任务，获取Future对象，然后处理结果。或者手动创建FutureTask并运行它。这些示例能帮助读者更好地理解用法。

总结下来，回答的结构可能如下：

Future接口的概述和核心方法。
FutureTask的实现和使用示例。
ExecutorService中的Future应用。
异常处理和取消任务。
其他注意事项，如超时处理。
简要介绍CompletableFuture作为扩展。

需要确保每个部分都有足够的细节和代码示例，同时避免过于冗长。此外，要注意术语的准确性，比如正确区分Future接口和其实现类FutureTask，以及ExecutorService返回的Future对象。

在Java开发中，Future 是处理异步任务的核心接口，它允许开发者提交任务并稍后获取结果。以下章节是 Future 及其实现类的详细解析和使用方法。

在Java开发中，Future 是处理异步任务的核心接口，它允许开发者提交任务并稍后获取结果。以下是 Future 及其实现类的详细解析和使用方法：

一、`Future` 接口详解

Future 表示一个异步计算的结果，提供了检查计算是否完成、获取结果、取消任务等方法。

核心方法

方法	描述
`boolean isDone()`	判断任务是否完成（正常结束、异常或取消均返回 `true`）
`V get()`	阻塞获取结果，直到计算完成
`V get(long timeout, TimeUnit unit)`	带超时的阻塞获取结果
`boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)`	尝试取消任务（参数决定是否中断执行中的任务）
`boolean isCancelled()`	判断任务是否被取消

使用场景

异步计算：主线程提交任务后继续执行其他逻辑，稍后获取结果。
超时控制：避免因任务未完成导致永久阻塞。
任务取消：中断不必要的任务执行。

二、`FutureTask` 实现类

FutureTask 是 Future 的核心实现类，同时实现了 Runnable 接口，可直接提交给线程或线程池执行。

1. 创建 `FutureTask`

Callable<Integer> task = () -> {
    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    return 42;
};

FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(task);

2. 执行任务

手动启动线程：
```
new Thread(futureTask).start();
```

通过线程池提交：

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
executor.submit(futureTask);

3. 获取结果

try {
    Integer result = futureTask.get(3, TimeUnit.SECONDS); // 超时3秒
    System.out.println("Result: " + result);
} catch (TimeoutException e) {
    System.err.println("Task timed out");
    futureTask.cancel(true); // 中断任务
} catch (ExecutionException e) {
    System.err.println("Task failed: " + e.getCause());
}

三、结合 `ExecutorService` 使用

ExecutorService 的 submit() 方法返回 Future 对象，简化异步任务管理。

1. 提交任务

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);

Future<Integer> future = executor.submit(() -> {
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    return 100;
});

2. 处理多个任务

List<Future<Integer>> futures = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    futures.add(executor.submit(() -> ThreadLocalRandom.current().nextInt(100)));
}

for (Future<Integer> f : futures) {
    if (f.isDone()) {
        System.out.println("Result: " + f.get());
    }
}

3. 关闭线程池

executor.shutdown();
if (!executor.awaitTermination(5, TimeUnit.SECONDS)) {
    executor.shutdownNow(); // 强制终止未完成的任务
}

四、异常处理与任务取消

异常捕获：
任务抛出异常时，get() 会抛出 ExecutionException，需通过 getCause() 获取原始异常。

try {
    future.get();
} catch (ExecutionException e) {
    Throwable cause = e.getCause();
    if (cause instanceof RuntimeException) {
        // 处理业务异常
    }
}

任务取消：
调用 cancel(true) 尝试中断正在执行的任务，任务需响应中断。
```
future.cancel(true); // mayInterruptIfRunning=true
```

五、`CompletableFuture` 扩展

Java 8 引入的 CompletableFuture 是对 Future 的增强，支持链式调用和组合异步操作。

1. 创建异步任务

CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello")
    .thenApply(s -> s + " World")
    .thenAccept(System.out::println); // 输出 "Hello World"

2. 组合多个任务

CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 10);
CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 20);

future1.thenCombine(future2, (a, b) -> a + b)
       .thenAccept(sum -> System.out.println("Sum: " + sum)); // 输出 30