前言

今天我们来分析实现多线程的一种方式，实现Callable接口。这种方式有种特殊的地方，就是可以拿到线程返回值。具体怎么实现的呢？我们来研究下。

栗子

我们先举个简单的栗子来看下Callable接口吧。
要首先明白，线程池提交实现Callable接口的线程后会返回一个Future对象，这个对象里包含程序的运行结果。

public class CallableTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException,TimeoutException{
        //创建一个线程池
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        Future<String> future = executor.submit(()-> {
                //System.out.println("CallableTest");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                return "CallableTest";
        });
        System.out.println(future.get());
    }
}

可以看到我们可以通过future.get()拿到结果"CallableTest"。
我们也可以设置指定时间后拿到结果，如指定6s后拿到结果。

System.out.println(future.get(4,TimeUnit.SECONDS));

可以看到也拿到了返回结果，如果我们设置4s拿到结果，小于程序运行时间5s，可以看到它抛出了超时异常。java.util.concurrent.TimeoutException。

原理

是不是很神奇？

我们来研究下Callable接口获取返回值的原理。

我们先来看看ExecutorService的submit方法，它接受一个Callable对象，返回一个Future对象。

<T> Future<T> submit(Callable<T> task);

及它的实现。AbstractExecutorService的submit方法。

    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
        return new FutureTask<T>(callable);
    }
    void execute(Runnable command);

ThreadPoolExecutor的execute是对其实现。

可以看到创建了一个FutureTask对象并执行。

FutureTask对象实现了Runable接口，我们来看下它。

看一下它的run方法。

    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 {
                	//拿到结果设置ran为true
                    result = c.call();
                    ran = true;
                } catch (Throwable ex) {
                //异常设置结果为空ran为false并设置异常
                    result = null;
                    ran = false;
                    setException(ex);
                }
                //ran为true时放入结果
                if (ran)
                    set(result);
            }
        } finally {
            // runner must be non-null until state is settled to
            // prevent concurrent calls to run()
            runner = null;
            // state must be re-read after nulling runner to prevent
            // leaked interrupts
            int s = state;
            if (s >= INTERRUPTING)
                handlePossibleCancellationInterrupt(s);
        }
    }

    public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
        int s = state;
        //会一直挂起知道处理业务的线程完成，唤醒等待线程
        if (s <= COMPLETING)
            s = awaitDone(false, 0L);
        return report(s);
    }

我们调用get方法时，他先查询线程状态，如果未完成，就调用awaitDone方法。

   private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException {
        //如果设置了超时时间就获取截止时间
        final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
        WaitNode q = null;
        boolean queued = false;
        /循环监视线程的状态
        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);
        }
    }

带有超时时间的get，到达时间后，会判断线程状态，如果未完成，抛出超时异常。

    public V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
        if (unit == null)
            throw new NullPointerException();
        int s = state;
        if (s <= COMPLETING &&
            (s = awaitDone(true, unit.toNanos(timeout))) <= COMPLETING)
            throw new TimeoutException();
        return report(s);
    }

总结

因此，带有返回值得异步线程基本上可以这样理解。

由于有返回值，如果未设置等待时间，会等线程执行完成后返回，基本类似同步。其原理是线程运行后，如果未完成，会放入等待队列。直到线程状态变化（完成或者异常等）。如果设置了等待时间，则到时间后无论线程状态是否完成都会返回线程状态。