6 Callable&Future 接口

6.1 Callable 接口

创建线程的多种方式：

1. 继承Thread类
2. 实现Runnable接口
3. Callable接口
4. 线程池

​ 目前我们学习了有两种创建线程的方法一种是通过创建 Thread 类，另一种是通过使用 Runnable 创建线程。但是，Runnable 缺少的一项功能是，当线程终止时（即 run（）完成时），我们无法使线程返回结果。为了支持此功能，Java 中提供了 Callable 接口。

现在我们学习的是创建线程的第三种方案—Callable 接口

比较Runnable接口和Callable接口

• Callable中的call()计算结果，如果无法计算结果，会抛出异常
• Runnable中的run()使用实现接口Runnable的对象创建一个线程时，启动该线程将导致在独立执行的线程中调用该对象的run方法
• 总的来说：run()没有返回值，不会抛出异常。而call()有返回值，会抛出异常

两个接口代码

//实现Runnable接口
class MyThread1 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {

    }
}

//实现Callable接口
class MyThread2 implements Callable {

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        return 200;
    }
}

具体在主函数中
通过Thread线程创建接口
只有这个可以new Thread(new MyThread1(),"AA").start();
这个不可以new Thread(new MyThread2(),"BB").start();
因为Thread的构造函数中没有Callable接口的参数设置
直接替换不可以，只能用下面这种线程创建方法（找一个类，即和Runnable接口有关系，又和Callable接口有关系）

发现Runnable接口有实现类FutureTask（中间对象）
FutureTask的构造函数有Callable参数，通过FutureTask创建线程对象

6.2 Future 接口

当 call（）方法完成时，结果必须存储在主线程已知的对象中，以便主线程可以知道该线程返回的结果。为此，可以使用 Future 对象。将 Future 视为保存结果的对象–它可能暂时不保存结果，但将来会保存（一旦Callable 返回）。Future 基本上是主线程可以跟踪进度以及其他线程的结果的一种方式。要实现此接口，必须重写 5 种方法，这里列出了重要的方法,如下:

• public boolean cancel（boolean mayInterrupt）：用于停止任务。

如果尚未启动，它将停止任务。如果已启动，则仅在 mayInterrupt 为 true时才会中断任务。

• public Object get（）抛出 InterruptedException，ExecutionException：

用于获取任务的结果。

如果任务完成，它将立即返回结果，否则将等待任务完成，然后返回结果。

• public boolean isDone（）：如果任务完成，则返回 true，否则返回 false

可以看到 Callable 和 Future 做两件事-Callable 与 Runnable 类似，因为它封装了要在另一个线程上运行的任务，而 Future 用于存储从另一个线程获得的结果。实际上，future 也可以与 Runnable 一起使用。要创建线程，需要 Runnable。为了获得结果，需要 future。

6.3 FutureTask

FutureTask的构造方法有

• FutureTask(Callable<> callable) 创建一个FutureTask，一旦运行就执行给定的Callable
• FutureTask(Runnable runnable,V result)创建一个FutureTask，一旦运行就执行给定的Run你那边了，并安排成功完成时get返回给定的结果

其他常用的代码：
get()获取结果
isDone()判断是否计算结束

FutureTask 具体实现方法可以有两种方式（此处用的泛型参数） 第一种是

//实现Callable接口
class MyThread2 implements Callable {

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        return 200;
    }
}
FutureTask<Integer> futureTask1 = new FutureTask<>(new MyThread2());

第二种是

//lam表达式
FutureTask<Integer> futureTask2 = new FutureTask<>(()->{
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" come in callable");
    return 1024;
});

所谓的FutureTask是在不影响主任务的同时，开启单线程完成某个特别的任务，之后主线程续上单线程的结果即可（该单线程汇总给主线程只需要一次即可）
如果之后主线程在开启该单线程，可以直接获得结果，因为之前已经执行过一次了

具体完整代码案例

//比较两个接口
//实现Runnable接口
class MyThread1 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {

    }
}

//实现Callable接口
class MyThread2 implements Callable {

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" come in callable");
        return 200;
    }
}

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //Runnable接口创建线程
        new Thread(new MyThread1(),"AA").start();

        //Callable接口,报错
       // new Thread(new MyThread2(),"BB").start();

        //FutureTask
        FutureTask<Integer> futureTask1 = new FutureTask<>(new MyThread2());

        //lam表达式
        FutureTask<Integer> futureTask2 = new FutureTask<>(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" come in callable");
            return 1024;
        });

        //创建一个线程
        new Thread(futureTask2,"lucy").start();
        new Thread(futureTask1,"mary").start();

//        while(!futureTask2.isDone()) {
//            System.out.println("wait.....");
//        }
        //调用FutureTask的get方法
        System.out.println(futureTask2.get());

        System.out.println(futureTask1.get());

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" come over");
       }
}

运行截图

核心原理:(重点)

在主线程中需要执行比较耗时的操作时，但又不想阻塞主线程时，可以把这些作业交给 Future 对象在后台完成

• 当主线程将来需要时，就可以通过 Future 对象获得后台作业的计算结果或者执行状态
• 一般 FutureTask 多用于耗时的计算，主线程可以在完成自己的任务后，再去获取结果。
• 仅在计算完成时才能检索结果；如果计算尚未完成，则阻塞 get 方法
• 一旦计算完成，就不能再重新开始或取消计算
• get 方法而获取结果只有在计算完成时获取，否则会一直阻塞直到任务转入完成状态，然后会返回结果或者抛出异常
• get 只计算一次,因此 get 方法放到最后

6.4 小结(重点)

• 在主线程中需要执行比较耗时的操作时，但又不想阻塞主线程时，可以把这些作业交给 Future 对象在后台完成, 当主线程将来需要时，就可以通过 Future对象获得后台作业的计算结果或者执行状态
• 一般 FutureTask 多用于耗时的计算，主线程可以在完成自己的任务后，再去获取结果
• 仅在计算完成时才能检索结果；如果计算尚未完成，则阻塞 get 方法。一旦计算完成，就不能再重新开始或取消计算。get 方法而获取结果只有在计算完成时获取，否则会一直阻塞直到任务转入完成状态，然后会返回结果或者抛出异常。
• 只计算一次

缺点：

Future对于结果的获取不是很友好，只能通过阻塞或者轮询的方式的得到任务的结果。不算真正的异步

7 JUC 三大辅助类

JUC 中提供了三种常用的辅助类，通过这些辅助类可以很好的解决线程数量过多时 Lock 锁的频繁操作。这三种辅助类为：

• CountDownLatch: 减少计数
• CyclicBarrier: 循环栅栏
• Semaphore: 信号灯

下面我们分别进行详细的介绍和学习

7.1 减少计数 CountDownLatch

CountDownLatch 类可以设置一个计数器，然后通过 countDown 方法来进行减 1 的操作，使用 await 方法等待计数器不大于 0，然后继续执行 await 方法之后的语句。

• CountDownLatch 主要有两个方法，当一个或多个线程调用 await 方法时，这些线程会阻塞
• 其它线程调用 countDown 方法会将计数器减 1(调用 countDown 方法的线程不会阻塞)
• 当计数器的值变为 0 时，因 await 方法阻塞的线程会被唤醒，继续执行

该类的构造方法为
CountDownLatch(int count)构造一个用给定计数初始化的CountDownLatch在这里插入代码片

两个常用的主要方法
await() 使当前线程在锁存器倒计数至零之前一直在等待，除非线程被中断
countDown()递减锁存器的计数，如果计数达到零，将释放所有等待的线程

CountDownLatch 类可以设置一个计数器，然后通过 countDown 方法来进行减 1 的操作，使用 await 方法等待计数器不大于 0，然后继续执行 await 方法之后的语句
具体步骤可以演化为定义一个类，减1操作，并等待到0，为0执行结果

场景: 6 个同学陆续离开教室后值班同学才可以关门。

如果不加 CountDownLatch类，会出现线程混乱执行，同学还未离开教室班长就已经锁门了

public class CountDownLatchDemo {
    //6个同学陆续离开教室之后，班长锁门
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
        //6个同学陆续离开教室之后
        for (int i = 1; i <=6; i++) {
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 号同学离开了教室");

            },String.valueOf(i)).start();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 班长锁门走人了");
    }
}

具体正确的案例代码

//演示 CountDownLatch
public class CountDownLatchDemo {
    //6个同学陆续离开教室之后，班长锁门
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //创建CountDownLatch对象，设置初始值
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(6);

        //6个同学陆续离开教室之后
        for (int i = 1; i <=6; i++) {
            new Thread(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 号同学离开了教室");

                //计数  -1
                countDownLatch.countDown();

            },String.valueOf(i)).start();
        }

        //等待
        countDownLatch.await();

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 班长锁门走人了");
    }
}

7.2 循环栅栏CyclicBarrier

该类是一个同步辅助类，允许一组线程互相等待，直到到达某个公共屏障点，在设计一组固定大小的线程的程序中，这些线程必须互相等待，这个类很有用，因为barrier在释放等待线程后可以重用，所以称为循环barrier

常用的构造方法有：
CyclicBarrier(int parties，Runnable barrierAction)创建一个新的CyclicBarrier，它将在给定数量的参与者（线程）处于等待状态时启动，并在启动barrier时执行给定的屏障操作，该操作由最后一个进入barrier的线程操作

常用的方法有：
await()在所有的参与者都已经在此barrier上调用await方法之前一直等待

通过具体案例
集齐7颗龙珠就可以召唤神龙
完整代码

//集齐7颗龙珠就可以召唤神龙
public class CyclicBarrierDemo {

    //创建固定值
    private static final int NUMBER = 7;

    public static void main(String[] args) {
        //创建CyclicBarrier
        CyclicBarrier cyclicBarrier =
                new CyclicBarrier(NUMBER,()->{
                    System.out.println("*****集齐7颗龙珠就可以召唤神龙");
                });

        //集齐七颗龙珠过程
        for (int i = 1; i <=7; i++) {
            new Thread(()->{
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 星龙被收集到了");
                    //等待
                    cyclicBarrier.await();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

总结：
CyclicBarrier 的构造方法第一个参数是目标障碍数，每次执行 CyclicBarrier 一次障碍数会加一，如果达到了目标障碍数，才会执行 cyclicBarrier.await()之后的语句。可以将 CyclicBarrier 理解为加 1 操作

7.3 信号灯Semaphore

一个计数信号量，从概念上将，信号量维护了一个许可集，如有必要，在许可可用前会阻塞每一个acquire()，然后在获取该许可。每个release()添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore只对可用许可的号码进行计数，并采取相应的行动
具体常用的构造方法有：
Semaphore(int permits)创建具有给定的许可数和非公平的公平设置的Semapore

具体常用的方法有：
acquire()从此信号量获取一个许可，在提供一个许可前一直将线程阻塞，否则线程被中断
release()释放一个许可，将其返回给信号量

设置许可数量Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
一般acquire()都会抛出异常，release在finally中执行

通过具体案例
6辆汽车，停3个车位
完整代码：

//6辆汽车，停3个车位
public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建Semaphore，设置许可数量
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

        //模拟6辆汽车
        for (int i = 1; i <=6; i++) {
            new Thread(()->{
                try {
                    //抢占
                    semaphore.acquire();

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 抢到了车位");

                    //设置随机停车时间
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(5));

                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ------离开了车位");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    //释放
                    semaphore.release();
                }
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

运行效果：