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Java 多线程设置线程超时时间之 Callable接口和Future接口

2023-05-16

Callable接口和Future接口介绍

        在Java中，如果需要设定代码执行的最长时间，即超时，可以用Java线程池ExecutorService类配合Future接口来实现。 Future接口是Java标准API的一部分，在java.util.concurrent包中。Future接口是Java线程Future模式的实现，可以来进行异步计算。

        Future模式可以这样来描述：我有一个任务，提交给了Future，Future替我完成这个任务。期间我自己可以去做任何想做的事情。一段时间之后，我就便可以从Future那儿取出结果。就相当于下了一张订货单，一段时间后可以拿着提订单来提货，这期间可以干别的任何事情。其中Future 接口就是订货单，真正处理订单的是Executor类，它根据Future接口的要求来生产产品。

        Future接口提供方法来检测任务是否被执行完，等待任务执行完获得结果，也可以设置任务执行的超时时间。这个设置超时的方法就是实现Java程序执行超时的关键。

        Future接口是一个泛型接口，严格的格式应该是Future<V>，其中V代表了Future执行的任务返回值的类型。 Future接口的方法介绍如下：

  • boolean cancel (boolean mayInterruptIfRunning) 取消任务的执行。参数指定是否立即中断任务执行，或者等等任务结束
  • boolean isCancelled () 任务是否已经取消，任务正常完成前将其取消，则返回 true
  • boolean isDone () 任务是否已经完成。需要注意的是如果任务正常终止、异常或取消，都将返回true
  • V get () throws InterruptedException, ExecutionException  等待任务执行结束，然后获得V类型的结果。InterruptedException 线程被中断异常， ExecutionException任务执行异常，如果任务被取消，还会抛出CancellationException
  • V get (long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException 同上面的get功能一样，多了设置超时时间。参数timeout指定超时时间，uint指定时间的单位，在枚举类TimeUnit中有相关的定义。如果计算超时，将抛出TimeoutException

         Future的实现类有java.util.concurrent.FutureTask<V>即 javax.swing.SwingWorker<T,V>。通常使用FutureTask来处理我们的任务。FutureTask类同时又实现了Runnable接口，所以可以直接提交给Executor执行。使用FutureTask实现超时执行的代码如下：

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
FutureTask<String> future =
       new FutureTask<String>(new Callable<String>() {//使用Callable接口作为构造参数
         public String call() {
           //真正的任务在这里执行，这里的返回值类型为String，可以为任意类型
       }});
executor.execute(future);
//在这里可以做别的任何事情
try {
	result = future.get(5000, TimeUnit.MILLISECONDS); //取得结果，同时设置超时执行时间为5秒。同样可以用future.get()，不设置执行超时时间取得结果
} catch (InterruptedException e) {
	futureTask.cancel(true);
} catch (ExecutionException e) {
	futureTask.cancel(true);
} catch (TimeoutException e) {
	futureTask.cancel(true);
} finally {
	executor.shutdown();
}
       不直接构造Future对象，也可以使用ExecutorService.submit方法来获得Future对象，submit方法即支持以 Callable接口类型，也支持Runnable接口作为参数，具有很大的灵活性。使用示例如下： 
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
FutureTask<String> future =　executor.submit(
   new Callable<String>() {//使用Callable接口作为构造参数
       public String call() {
      //真正的任务在这里执行，这里的返回值类型为String，可以为任意类型
   }});
//在这里可以做别的任何事情
//同上面取得结果的代码
        利用Future接口实现程序执行超时大致用法就这么多，改天需要研究下Future接口的内部实现，特别是设定执行超时的实现。

转载自http://westyi.javaeye.com/blog/714935


例子和注意事项

例1：try catch在for循环之外 
package testexception;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.TimeoutException;


public class FutureTaskTest{
	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
		FutureTask<String> futureTask =
		       new FutureTask<String>(new Callable<String>() {//使用Callable接口作为构造参数
		         public String call() {
		        	 try {
		        		 for (int i = 0; i < 5; i++) {
		        			 Thread.sleep(1000);
		        			 System.out.println("------------------------"+i);
						}
					} catch (InterruptedException e) {
						System.out.println("InterruptedException1111111");
						e.printStackTrace();
					}
		           //真正的任务在这里执行，这里的返回值类型为String，可以为任意类型
					return "call result";
		       }});
		executor.execute(futureTask);
		//在这里可以做别的任何事情
		try {
			String result = futureTask.get(3000, TimeUnit.MILLISECONDS); 
			//取得结果，同时设置超时执行时间为5秒。同样可以用future.get()，不设置执行超时时间取得结果
			System.out.println("___________"+result+"_______________");
		} catch (InterruptedException e) {
			System.out.println("InterruptedException222222");
			futureTask.cancel(true);
		} catch (ExecutionException e) {
			System.out.println("InterruptedException333333333");
			futureTask.cancel(true);
		} catch (TimeoutException e) {
			System.out.println("!!!!!!!!Time out!!!!!!!!!!");
			futureTask.cancel(true);
		} finally {
			executor.shutdown();
		}
	}
}

输出结果：
------------------------0
------------------------1
------------------------2
!!!!!!!!Time out!!!!!!!!!!
InterruptedException1111111
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at testexception.FutureTaskTest$1.call(FutureTaskTest.java:20)
at testexception.FutureTaskTest$1.call(FutureTaskTest.java:1)
at java.util.concurrent.FutureTask$Sync.innerRun(FutureTask.java:303)
at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:138)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.runTask(ThreadPoolExecutor.java:886)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:908)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:619)

        说明：3秒之内没有执行完所以抛了TimeoutException异常，并取消了线程，可以看到后面就没有输出3，4了。注意这里call（）函数中，try catch在for循环之外，这样执行结果是没有问题的，是我们想要的结果；但是，如果把try catch写在了for循环之内，结果会怎样呢，请看下例。另外，result值即为call（）函数返回的值本例中为“call result”。


例子2：try catch在for循环之内

package testexception;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.TimeoutException;


public class FutureTaskTest{
	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
		FutureTask<String> futureTask =
		       new FutureTask<String>(new Callable<String>() {//使用Callable接口作为构造参数
		         public String call() {
		        	 for (int i = 0; i < 5; i++) {
		        		 try {
			        			 Thread.sleep(1000);
			        			 System.out.println("------------------------"+i);
							} catch (InterruptedException e) {
								System.out.println("InterruptedException1111111");
								e.printStackTrace();
							}
		        	 }
		           //真正的任务在这里执行，这里的返回值类型为String，可以为任意类型
					return "call result";
		       }});
		executor.execute(futureTask);
		//在这里可以做别的任何事情
		try {
			String result = futureTask.get(3000, TimeUnit.MILLISECONDS); 
			//取得结果，同时设置超时执行时间为5秒。同样可以用future.get()，不设置执行超时时间取得结果
			System.out.println("___________"+result+"_______________");
		} catch (InterruptedException e) {
			System.out.println("InterruptedException222222");
			futureTask.cancel(true);
		} catch (ExecutionException e) {
			System.out.println("InterruptedException333333333");
			futureTask.cancel(true);
		} catch (TimeoutException e) {
			System.out.println("!!!!!!!!Time out!!!!!!!!!!");
			futureTask.cancel(true);
		} finally {
			executor.shutdown();
		}
	}
}

输出结果：

------------------------0
------------------------1
------------------------2
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
!!!!!!!!Time out!!!!!!!!!!
InterruptedException1111111
at testexception.FutureTaskTest$1.call(FutureTaskTest.java:20)
at testexception.FutureTaskTest$1.call(FutureTaskTest.java:1)
at java.util.concurrent.FutureTask$Sync.innerRun(FutureTask.java:303)
at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:138)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.runTask(ThreadPoolExecutor.java:886)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:908)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:619)
------------------------4

        说明：根据输出结果可以看到只有线程3被中断了，后面线程并没有按照我们希望的超时之后就停下来，即使我们在超时异常里面取消了线程。也就是说，try catch在for循环之内时，取消线程后会让线程中断，所以第四次循环未执行完即被中断，抛出中断异常，然而这个中断异常被for循环之内的线程中断异常catch捕获到，所以它仍会继续后面的循环输出。但其实现在的线程已经被标识为中断了，如果你在超时异常catch块中输出futureTask.isCancelled()，你会发现返回的是true。使用时要特别注意这种容易出错的情况。

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