Callable、Future 与 FutureTask

异步编程 · 第 1/3 篇
下一篇：《CompletableFuture 异步编排实战》

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开头：子线程算完，主线程怎么拿结果？

接口要并行查商品信息、价格、库存、图片——若串行 4×50ms，页面就慢 200ms；提交 4 个异步任务后，只需等最慢的那一段。Java 1.5 起 Callable + Future 就是为「有返回值的异步任务」准备的。

本篇讲 Runnable 的局限、Future API、FutureTask 用法，以及促销查询实战。

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一、Runnable 与 Callable

直接继承 Thread 或实现 Runnable 都能创建线程，但没有返回值，也不能抛出 checked Exception。

Java 1.5 引入 Callable<V>：call() 可返回泛型结果，也可声明抛出异常。配合 Future 可取消任务、查询完成状态、阻塞获取结果。

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    void run();
}

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

接口	返回值	受检异常
Runnable	无	不能声明
Callable<V>	V call()	可 throws Exception

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二、Future API

Future 表示异步计算的结果：取消、查询是否完成、获取结果（get 阻塞直到完成）。

方法	说明
cancel(mayInterruptIfRunning)	取消；运行中是否中断由参数决定
isCancelled() / isDone()	状态查询
get()	阻塞至完成；抛 InterruptedException / ExecutionException / CancellationException
get(timeout, unit)	限时等待，超时 TimeoutException

底层实现类通常是 FutureTask。

FutureTask task = new FutureTask(new Callable() {
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        System.out.println("通过Callable方式执行任务");
        Thread.sleep(3000);
        return "返回任务结果";
    }
});
new Thread(task).start();
System.out.println(task.get());

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三、FutureTask

FutureTask 是生产者与消费者之间的桥梁：

• 生产者（工作线程）执行 Callable，更新任务状态（未开始 / 运行中 / 已完成）。
• 消费者通过 Future 接口阻塞取结果或查询状态。

FutureTask 既可当作 Runnable 执行（new Thread(futureTask).start()），也可 executor.submit(futureTask)。

public class FutureTaskDemo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(new Task());
        new Thread(futureTask).start();
        System.out.println("task运行结果：" + futureTask.get());
    }

    static class Task implements Callable<Integer> {
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            System.out.println("子线程正在计算");
            int sum = 0;
            for (int i = 0; i < 100; i++) sum += i;
            return sum;
        }
    }
}

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四、实战：促销商品信息并行查询

维护促销活动需查询：基本信息、价格、库存、图片、销售状态等，分布在不同业务中心。

• 同步：每个接口约 50ms，5 个接口串行 ≈ 250ms。
• 异步：5 个 FutureTask 提交线程池并行，总耗时 ≈ max(50ms)。

public class FutureTaskDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        FutureTask<String> ft1 = new FutureTask<>(new T1Task());
        FutureTask<String> ft2 = new FutureTask<>(new T2Task());
        FutureTask<String> ft3 = new FutureTask<>(new T3Task());
        FutureTask<String> ft4 = new FutureTask<>(new T4Task());
        FutureTask<String> ft5 = new FutureTask<>(new T5Task());

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        executorService.submit(ft1);
        executorService.submit(ft2);
        executorService.submit(ft3);
        executorService.submit(ft4);
        executorService.submit(ft5);

        System.out.println(ft1.get());
        System.out.println(ft2.get());
        System.out.println(ft3.get());
        System.out.println(ft4.get());
        System.out.println(ft5.get());
        executorService.shutdown();
    }

    static class T1Task implements Callable<String> {
        public String call() throws Exception {
            System.out.println("T1:查询商品基本信息...");
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(50);
            return "商品基本信息查询成功";
        }
    }
    // T2Task ~ T5Task：价格、库存、图片、销售状态，各 sleep 50ms
}

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五、Future 的局限（为 CompletableFuture 铺垫）

Future 异步获取结果的设计很优秀，但存在明显限制：

1. get 阻塞——并发执行多任务时，除等待别无他法。
2. 无链式回调——任务完成后发邮件等动作需手写线程 + 等待。
3. 无法优雅组合多任务——10 个任务全部完成后再执行动作，Future 无能为力（需 CountDownLatch 等）。
4. 异常处理分散——须在 ExecutionException 中解析原因。

业务中任务常有串行依赖、并行、聚合关系，手写 Future 非常繁琐。

CompletableFuture（JDK 8）扩展 Future，提供任务编排能力——thenApply、thenCombine、allOf 等，下一篇详述。

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小结

• 要返回值用 Callable + FutureTask（或线程池 submit(Callable) 直接得 Future）。
• 并行独立 I/O 时，总耗时趋近最慢分支而非求和。
• Future 够用但编排弱；复杂流水线交给 CompletableFuture。