FutureTask是什么
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
Student implements Runnable
Thread xiaoming = new Thread(new Student());
xiaoming.start();我们知道Runnable是一个接口，它用来承载的是具体的任务，交给Thread执行。
有这样一个场景：主线程执行一个任务（理解为调用一个方法）需要获取这个任务的返回值，然后再去执行另一个任务获取返回值，最后将两个返回值做其他处理，一般情况下耗时为两个任务的耗时和，如果想提高性能，可以用异步的方式，可以将任务一包装为Runnable，交给子线程执行，主线程执行第二个任务，这样就节省了一部分耗时，但是Runnable不支持返回值，所以行不通，而FutureTask就是解决这个问题的。
FutureTask的类图如下：
看图可以知道两个事：
- 实现了Runnable接口，所以FutureTask也是一个可以承载任务的任务类。
- 实现了Future接口，Future接口提供了任务操作和获取返回值等方法，利用Future接口可以获取任务执行状态，取消任务，获取任务返回值等。
所以说FutureTask就是一个实现了一套获取返回值机制的任务体，请注意它依然是任务体，自身不能执行任务，依然需要借助Thread执行。
FutureTask应用例子
Callable<Integer> callableTask = () -> {
// 一些耗时的计算
return 42;
};
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callableTask);
Thread thread = new Thread(futureTask);
thread.start();
try {
Integer result = futureTask.get(); // 阻塞直到任务完成并返回结果
System.out.println("任务结果：" + result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}上面就是使用案例，看起来写法比较复杂，其实一旦理解就不复杂了，首先我们上面说了FutureTask实现了Runnable，所以它是任务体，任务体需要依赖Thread执行，所以这里FutureTask和Runnable的写法一样都是作为Thread的入参。
代码中可以看到还有一个Callable类，这个其实也是任务体，它的源码如下：
public interface Callable<V> {
V call() throws Exception;
}它是一个有返回值的任务体，但是它和Runnable不同，Runnable是和Thread绑定的官方任务体，而Callable只是为达到实现获取任务返回值而衍生出来的一个任务体，它主要作为FutureTask类中的一个成员属性，充当真正被执行的任务体。
FutureTask源码分析
先看下FutureTask主要的属性和构造方法：
public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
private volatile int state;
//等待执行状态 初始状态
private static final int NEW = 0;
//执行完毕状态，但是结果还没有填充到outcome
private static final int COMPLETING = 1;
//返回值填充outcome 正常结束任务状态
private static final int NORMAL = 2;
//因异常而结束
private static final int EXCEPTIONAL = 3;
//任务还未执行之前就调用了cancel(true)方法
private static final int CANCELLED = 4;
//中断的中间状态
private static final int INTERRUPTING = 5;
//中断的状态
private static final int INTERRUPTED = 6;
private Callable<V> callable;
private Object outcome;
private volatile Thread runner;
private volatile WaitNode waiters;
static final class WaitNode {
volatile Thread thread;
volatile WaitNode next;
WaitNode() {
thread = Thread.currentThread();
}
}
protected void done() { }
public FutureTask(Callable<V> callable) {
if (callable == null)
throw new NullPointerException();
this.callable = callable;
this.state = NEW;
}
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
this.callable = Executors.callable(runnable, result);
this.state = NEW;
}- state是状态，没到一个阶段都是不同的状态。
- outcome是存放返回值的，当任务执行完返回的值会赋值给outcome
- callable是真正的任务体，run方法在运行的时候实际上是运行callable对象的call方法。
- waiters是线程阻塞等待结果的时候存放的队列，它的类型是WaitNode，WaitNode里面有一个next属性，可见它是一个单向链表结构。
- runner是当前正在执行任务的线程
- done方法在FutureTask里面没有具体实现，它是任务处理完的一个后置方法，是留给子类用的。
- 构造方法一是接收一个Callable对象赋值给成员变量callable。- 构造方法二是接收一个Runnable对象和一个result值，同样是赋值给callable变量。
构造方法一很容易理解，构造方法二则是接收一个Runnable任务体，但是Runnable没有返回值，所以再接收一个result值作为默认的返回值，也就是无论任务体的任务执行的结果是什么，都以result值作为固定的返回值。
public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
if (task == null)
throw new NullPointerException();
return new RunnableAdapter<T>(task, result);
}
static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> {
final Runnable task;
final T result;
RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
this.task = task;
this.result = result;
}
public T call() {
task.run();
return result;
}
}构造方法二中调用了Executors.callable()方法，这个方法就是将Runnable和result值封装为RunnableAdapter对象，RunnableAdapter实现了Callable，所以它也是一个Callable对象，所以可以赋值给成员变量callable.
接下来按照应用案例中的步骤跟一下源码，构造方法我们看了，接下来就是启动线程，启动线程就会调用任务体的run方法，我们从run方法开始跟进源码。
run方法源码分析
public void run() {
if (state != NEW ||
!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset, null, Thread.currentThread()))
return;
try {
Callable<V> c = callable;
if (c != null && state == NEW) {
V result;
boolean ran;
try {
result = c.call();
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
result = null;
ran = false;
setException(ex);
}
if (ran)
set(result);
}
} finally {
int s = state;
if (s >= INTERRUPTING)
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
}- 判断状态，只有当前状态为待执行状态，并且能利用cas将当前线程成功赋值给runner，进入下一步。
- 如果成员变量callable不为空，执行任务体callable的call方法并得到返回值result。
- 调用set(result)方法。
protected void set(V v) {
if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {
outcome = v;
UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state
finishCompletion();
}
}- 将状态由NEW（待执行状态）改为COMPLETING(执行完成状态)。
- 将返回值result赋值给成员变量outcome。
- 将状态由改为COMPLETING（执行完成状态）NORMAL(返回值填充完毕状态)
- 调用finishCompletion（）
private void finishCompletion() {
for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
if (UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset, q, null)) {
for (;;) {
Thread t = q.thread;
if (t != null) {
q.thread = null;
LockSupport.unpark(t);
}
WaitNode next = q.next;
if (next == null)
break;
q.next = null;
q = next;
}
break;
}
}
done();
callable = null;
}- 这个方法其实就是唤醒正在等待结果的线程，可能有多个线程在等待任务返回值，等待的线程都会被封装为一个WaitNode节点，多个节点以单向链表结构连接在一起，这个方法是从链表的头节点一个一个唤醒。
将所有的等待线程唤醒后，最后执行done方法，done方法在FutureTask没有被实现，所以也就相当于什么都不做，那么done存在的意义是什么呢？它存在的意义在于在任务处理的完毕后线程结束前做一些事情，是留给子类扩展用的。
再看futureTask.get()的源码分析
当前线程是等待任务结果的线程不同于上面执行任务的线程：
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
int s = state;
if (s <= COMPLETING)
s = awaitDone(false, 0L);
return report(s);
}- 如果此时状态是返回值填充完毕状态，那就进入report方法直接返回值即可，如果此时状态不是返回值填充完毕状态，就要进入awaitDone方法进行阻塞等待操作。awaitDone方法是支持阻塞指定时长的。如果没有传入阻塞时长就是永久阻塞。
private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
throws InterruptedException {
final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
WaitNode q = null;
boolean queued = false;
for (;;) {
if (Thread.interrupted()) {
removeWaiter(q);
throw new InterruptedException();
}
int s = state;
if (s > COMPLETING) {
if (q != null)
q.thread = null;
return s;
}
else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
Thread.yield();
else if (q == null)
q = new WaitNode();
else if (!queued)
queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
q.next = waiters, q);
else if (timed) {
nanos = deadline - System.nanoTime();
if (nanos <= 0L) {
removeWaiter(q);
return state;
}
LockSupport.parkNanos(this, nanos);
}
else
LockSupport.park(this);
}
}
- 先计算等待时长，结果要么是需要等待一定时长，要么是永久等待。
- 进入循环进行一些力的判断处理。
- 判断中断，如果是被中断直接出队并抛异常（外面可以通过捕获异常让下城跳出循环）。可见阻塞等待是可以被中断的。
- 如果此时状态是大于等于返回值填充完毕状态直接返回此状态。
- 如果此时状态为执行完毕状态，但是还没有到达返回值填充完毕状态，那就让出cpu稍微等待一下，因为这两个状态的间隔很短。
- 如果上面的判断都不满足，那就为当前线程绑定WaitNode节点。
- 如果绑定的WaitNode节点还没有入队，那就通过cas方式入队，就是替换头节点，也就是后进来的为头节点。
- 如果指定了阻塞时间，此时要判断是否超时，如果超时就直接返回状态，如果没有超时，计算出所剩的时间，然后利用LockSupport.parkNanos阻塞。
- 如果上面都不满足就利用LockSupport.park进入永久阻塞。
上面就是FutureTask主要的源码分析，其原理比较简单，如果是run方法中提供返回值的支持，还有一个方法runAndReset，它提供了任务循环执行的支持。
protected boolean runAndReset() {
if (state != NEW ||
!UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
null, Thread.currentThread()))
return false;
boolean ran = false;
int s = state;
try {
Callable<V> c = callable;
if (c != null && s == NEW) {
try {
c.call(); // don't set result
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
setException(ex);
}
}
} finally {
s = state;
if (s >= INTERRUPTING)
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
return ran && s == NEW;
}这个代码很简单，如果状态为待执行，就会执行任务，不关心返回值，任务执行完不会更新状态，使得状态一直处于待执行状态，如果runAndReset方法被再次调用依然会再一次执行任务。ScheduledThreadPoolExecutor就利用了这个方法实现定时任务处理。
其他方法支持
上面说了FutureTask实现了Future接口，Future接口提供了对任务处理的能力
//获取任务结果 如果任务没有处理完就阻塞等待timeout时间
V get(long timeout, TimeUnit unit);
//获取任务结果 如果任务没有处理完就永久阻塞等待
V get();
//任务执行完毕后执行的方法，用于子类扩展用
boolean isDone();
//任务是否被取消 true为已取消
boolean isCancelled();
//取消任务
boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);cancel为取消任务，它有一个boolean类型的参数，true表示需要中断线程并且将状态改为INTERRUPTING，false表示只改状态为CANCELLED。
cancel方法的逻辑如下：
- 只有处于待执行状态的任务才会被取消
- 传参为false，状态由NEW改为CANCELLED
- 传参为true，状态由NEW改为INTERRUPTING
- 同时如果传参是true,则调用负责执行任务的那个线程的interrupt方法进行中断操作，最后将状态由INTERRUPTING改为INTERRUPTED
- 唤醒所有正在等待任务结果的线程。
- 最后执行done方法。
