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戲（細）說Executor框架線程池任務執行全過程（下）

上一篇文章中通過引入的一個例子介紹了在Executor框架下，提交一個任務的過程，這個過程就像我們老大的老大要找個老大來執行一個任務那樣簡單。並通過剖析ExecutorService的一種經典實現ThreadPoolExecutor來分析接收任務的主要邏輯，發現ThreadPoolExecutor的工作思路和我們帶項目的老大的工作思路完全一致。在本文中我們將繼續後麵的步驟，著重描述下任務執行的過程和任務執行結果獲取的過程。會很容易發現，這個過程我們更加熟悉，因為正是每天我們工作的過程。除了ThreadPoolExecutor的內部類Worker外，對執行內容和執行結果封裝的FutureTask的表現是這部分著重需要了解的。

為了連貫期間，內容的編號延續上篇。

2. 任務執行

其實應該說是任務被執行，任務是賓語。動賓結構：execute the task，執行任務，無論寫成英文還是中文似乎都是這樣。那麼主語是是who呢？明顯不是調用submit的那位（線程），那是哪位呢？上篇介紹ThreadPoolExecutor主要屬性時提到其中有一個HashSet<Worker> workers的集合，我們有說明這裏存儲的就是線程池的工作隊列的集合，隊列的對象是Worker類型的工作線程，是ThreadPoolExecutor的一個內部類，實現了Runnable接口：

private final class Worker implements Runnable

8)  看作業線程幹什麼當然是看它的run方法在幹什麼。如我們所料，作業線程就是在一直調用getTask方法獲取任務，然後調用 runTask(task)方法執行任務。看到沒有，是在while循環裏麵，就是不幹完不罷休的意思！在加班幹活的苦逼的朋友們，有沒有遇見戰友的親切感覺？

public void run() {<br />
            try {<br />
                Runnable task = firstTask;<br />
                //循環從線程池的任務隊列獲取任務<br />
                while (task != null || (task = getTask()) != null) {<br />
                //執行任務<br />
                    runTask(task);<br />
                    task = null;<br />
                }<br />
            } finally {<br />
                workerDone(this);<br />
            }<br />
        }

然後簡單看下getTask和runTask(task)方法的內容。

9) getTask方法是ThreadPoolExecutor提供給其內部類Worker的的方法。作用就是一個，從任務隊列中取任務，源源不斷地輸出任務。有沒有想到老大手裏拿的總是滿滿當當的project，也是源源不斷的。

Runnable getTask() {<br />
        for (;;) {<br />
                  //從任務隊列的頭部取任務<br />
                  r = workQueue.take();<br />
                    return r;<br />
 }<br />
    }

10) runTask(Runnable task)是工作線程Worker真正處理拿到的每個具體任務。看到這裏才可用確認我們的猜想，之前提到的“執行任務”這個動賓結構前麵的主語正是這些Worker呀。嘮叨了半天（看主要方法都看到了整整第10個了），前麵都是派活，這裏才是幹活。和我們的工作何其相似！老大（LD），老大的老大（LD^2），老大的老大（LD^n） 非常辛苦，花了很多時間、精力在會議室、在project上想著怎麼生成和安排任務，然而真的輪到咱哥們幹活，可能花了不少時間，但看看流程就是這麼簡單。三個大字：“Just do it”。

private void runTask(Runnable task) {<br />
                   //調用任務的run方法，即在Worker線程中執行Task內定義內容。<br />
                    task.run();<br />
        }

需要注意的地方出現了，調用的其實是task的run方法。看下FutureTask的run方法做了什麼事情。

這裏插入一個FutureTask的類圖。可以看到FutureTask實現了RunnableFuture接口，所以FutureTask即有Runnable接口的run方法來定義任務內容，也有Future接口中定義的get、cancel等方法來控製任務執行和獲取執行結果。Runnable接口自不用說，Future接口的偉大設計，就是使得實現該接口的對象可以阻塞線程直到任務執行完畢，也可以取消任務執行，檢測任務是執行完畢還是被取消了。想想在之前我們使用Thread.join()或者Thread.join(long millis)等待任務結束是多麼苦澀啊。

FutureTask內部定義了一個Sync的內部類，繼承自AQS，來維護任務狀態。關於AQS的設計思路，可以參照參考Doug Lea大師的原著The java.util.concurrent Synchronizer Framework。

11) 和其他的同步工具類一樣，FutureTask的主要工作內容也是委托給其定義的內部類Sync來完成。

public void run() {<br />
        //調用Sync的對應方法<br />
        sync.innerRun();<br />
    }

12)   FutureTask.Sync.innerRun()，這樣做的目的就是為了維護任務執行的狀態，隻有當執行完後才能夠獲得任務執行結果。在該方法中，首先設置執行狀態為RUNNING隻有判斷任務的狀態是運行狀態，才調用任務內封裝的回調，並且在執行完成後設置回調的返回值到FutureTask的result變量上。在FutureTask中，innerRun等每個“寫”方法都會首先修改狀態位，在後續會看到innerGet等“讀”方法會先判斷狀態，然後才能決定後續的操作是否可以繼續。下圖是FutureTask.Sync中幾個重要狀態的流轉情況，和其他的同步工具類一樣，狀態位使用的也是父類AQS的state屬性。

void innerRun() {<br />
            //通過對AQS的狀態位state的判斷來判斷任務的狀態是運行狀態，則調用任務內封裝的回調，並且設置回調的返回值<br />
                if (getState() == RUNNING)<br />
                    innerSet(callable.call());<br />
        }</p>
<p>    void innerSet(V v) {<br />
	    for (;;) {<br />
		int s = getState();<br />
	        //設置運行狀態為完成，並且把回調額執行結果設置給result變量<br />
		if (compareAndSetState(s, RAN)) {<br />
                    result = v;<br />
                    releaseShared(0);<br />
                    done();<br />
		    return;<br />
                }<br />
            }

至此工作線程執行Task就結束了。提交的任務是由Worker工作線程執行，正是在該線程上調用Task中定義的任務內容，即封裝的Callable回調，並設置執行結果。下麵就是最重要的部分：調用者如何獲取執行的結果。讓你加班那麼久，總得把成果交出來吧。老大在等，因為老大的老大在等！

3. 獲取執行結果

前麵說過，對於老大的老大這樣的使用者來說，獲取執行結果這個過程總是最容易的事情，隻需調用FutureTask的get()方法即可。該方法是在Future接口中就定義的。get方法的作用就是等待執行結果。（Waits if necessary for the computation to complete, and then retrieves its result.）Future這個接口命名得真好，雖然是在未來，但是定義有一個get()方法，總是“可以掌控的未來，總是有收獲的未來！”實現該接口的FutureTask也應該是這個意思，在未來要完成的任務，但是一樣要有結果哦。

13)  FutureTask的get方法同樣委托給Sync來執行。和該方法類似，還有一個V get(long timeout, TimeUnit unit)，可以配置超時時間。

public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {<br />
        return sync.innerGet();<br />
    }

14)  在Sync的 innerGet方法中，調用AQS父類定義的獲取共享鎖的方法acquireSharedInterruptibly來等待執行完成。如果執行完成了則可以繼續執行後麵的代碼，返回result結果，否則如果還未完成，則阻塞線程等待執行完成。再大的老大要想獲得結果也得等老子幹完了才行！可以看到調用FutureTask的get方法，進而調用到該方法的一定是想要執行結果的線程，一般應該就是提交Task的線程，而這個任務的執行是在Worker的工作線程上，通過AQS來保證執行完畢才能獲取執行結果。該方法中acquireSharedInterruptibly是AQS父類中定義的獲取共享鎖的方法，但是到底滿足什麼條件可以成功獲取共享鎖，這是Sync的tryAcquireShared方法內定義的。具體說來，innerIsDone用來判斷是否執行完畢，如果執行完畢則向下執行，返回result即可；如果判斷未完成，則調用AQS的doAcquireSharedInterruptibly來掛起當前線程，一直到滿足條件。這種思路在其他的幾種同步工具類Semaphore、CountDownLatch、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock也廣泛使用。借助AQS框架，在獲取鎖時，先判斷當前狀態是否允許獲取鎖，若是允許則獲取鎖，否則獲取不成功。獲取不成功則會阻塞，進入阻塞隊列。而釋放鎖時，一般會修改狀態位，喚醒隊列中的阻塞線程。每個同步工具類的自定義同步器都繼承自AQS父類，是否可以獲取鎖根據同步類自身的功能要求覆蓋AQS對應的try前綴方法，這些方法在AQS父類中都是隻有定義沒有內容。可以參照《源碼剖析AQS在幾個同步工具類中的使用》來詳細了解。

突然想到想想那些被稱為老大的，是不是整個career流程就是隻幹兩件事情：submit a task， then wait and get the result。不對，還有一件事情，不是等待，而是催。“完了沒，完了沒？schedule很緊的，抓點緊啊，要不要適當加點班啊……”

V innerGet() throws InterruptedException, ExecutionException {<br />
           //獲得鎖，表示執行完畢，才能獲得後執行結果，否則阻塞等待執行完成再獲取執行結果<br />
            acquireSharedInterruptibly(0);<br />
            return result;<br />
        }</p>
<p>        protected int tryAcquireShared(int ignore) {<br />
            return innerIsDone()? 1 : -1;<br />
        }

至此，獲得執行結果，圓滿完成任務！

老大的老大，拍著咱們老大的肩膀（或者深情的撫摸著咱們老大唏噓胡茬的臉龐）說：“親，你這活幹的漂亮！”而隔壁桌座位的幾個兄弟，剛熬了幾個晚上加班交付完這波task後，發現任務隊列裏又有新任務了，俺們老大又從他的另外一個老大手裏接來的任務了。每個人都按照這樣的角色進行著，依照這樣的角色安排和諧愉快地進行著。。。

四、 總結

從時序圖上看主要的幾個角色是這樣配合完成任務提交、任務執行、獲取執行結果這幾個步驟的。

1. 外麵需要提交任務的角色（如例子中老大的老大），首先創建一個任務執行服務ExecutorService，一般使用工具類Executors的若幹個工廠方法 創建不同特征的線程池ThreadPoolExecutor，例子中是使用newFixedThreadPool方法創建有n個固定工作線程的線程池。
2. 線程池是專門負責從外麵接活的老大。把任務封裝成一個FutureTask對象，並根據輸入定義好要獲得結果的類型，就可以submit任務了。
3. 線程池就像我們團隊裏管人管項目的老大，各個都有一套嫻熟、有效的辦法來對付輸入的任務和手下幹活的兄弟一樣，內部有一套比較完整、細致的任務管理辦法，工作線程管理辦法，以便應付輸入的任務。這些邏輯全部在其execute方法中體現。
4. 線程池接收輸入的task，根據需要創建工作線程，啟動工作線程來執行task。
5. 工作線程在其run方法中一直循環，從線程池領取可以執行的task，調用task的run方法執行task內定義的任務。
6. FutureTask的run方法中調用其內部類Sync的innerRun方法來執行封裝的具體任務，並把任務的執行結果返回給FutureTask的result變量。
7. 當提及任務的角色調用FutureTask的get方法獲取執行結果時，Sync的innerGet方法被調用。根據任務的執行狀態判斷，任務執行完畢則返回執行結果；未執行完畢則等待。

還記得我們費了半天勁試圖找出任務執行時那個動賓結構的主語嗎？從示例上看更像是線程池在向外提供任務執行的服務。就像我們的老大在代表我們接收任務、執行任務、提交執行結果。明顯我們這些真正的Worker成了延伸，有點搞不懂到底我們是主語，還是主語延伸的工具，就像定義ThreadPoolExecutor的內部類Worker一樣。我們隻是工具，不是主語，是狀語： execute the task by workers。突然想到毛主席當年的“數風流人物，還看今朝”，說的應該是這些Worker的勞苦大眾吧，怎麼都今朝這麼久了，俺們這些Woker們還是風流不起來呢？風騷的作者居然在上麵嚴肅的時序圖上加了個風騷的小星星，向同行的Worker們致敬！

• 轉載自 並發編程網 - ifeve.com

最後更新：2017-05-22 16:01:54

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