概述

创建线程的三种方式：

继承Thread，重写run方法
实现Runnable接口，重新run方法
实现Callable接口，重写call方法

前两种方式，一种是直接继承Thread，另外一种就是实现Runnable接口，这两种方式都是Java第一版就有的方法。
这两种方式都有一个缺陷就是：在执行完任务之后无法获取执行结果。
如果需要获取执行结果，就必须通过共享变量或者使用线程通信的方式来达到效果，这样使用起来就比较麻烦。

而自从Java 1.5开始，就提供了Callable和Future，通过它们可以在任务执行完毕之后得到任务执行结果。

Callable接口实际上是属于Executor框架中的功能类，Callable接口与Runnable接口的功能类似，但提供了比Runnable更加强大的功能。

Callable可以在任务结束的时候提供一个返回值，Runnable无法提供这个功能
Callable的call方法分可以抛出异常，而Runnable的run方法不能抛出异常。

什么是Executor

Java多线程学习笔记：Callable、Future、FutureTask

Executor仅仅是一个接口，只有一个方法execute(Runnable command)，是在JDK1.5中引入的，主要是用来运行提交的可运行的任务。一般我们并不直接使用该接口，而是使用其不同的子接口，主要是ExecutorService，而通常情况，与ExecutorService一起使用的是Executors类，该类由著名的并发编程大师Doug Lea实现。Executor框架可以用来控制线程的启动、执行和关闭，可以简化并发编程的操作。

什么是ExecutorService

Java多线程学习笔记：Callable、Future、FutureTask

常用接口分析

Java多线程学习笔记：Callable、Future、FutureTask

在ExecutorService中提供了重载的submit()方法，该方法既可以接收Runnable实例又能接收Callable实例。对于实现Callable接口的类，需要覆写call()方法，并且只能通过ExecutorService的submit()方法来启动call()方法。那么既然存在Runnable接口，为什么还要添加Callable接口呢？这是因为Runnable不会返回结果，并且无法抛出经过检查的异常而Callable会返回结果，而且当获取返回结果时可能会抛出异常。Callable中的call()方法类似Runnable的run()方法，区别同样前者有返回值，而后者没有。

什么是Executors

Executors提供了一系列工厂方法用于创建线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口：

newCachedThreadPool()可缓存线程池，对于每个线程，如果有空闲线程可用，立即让它执行，如果没有，则创建一个新线程
newFixedThreadPool()具有固定大小的线程池，如果任务数大于空闲的线程数，则把它们放进队列中等待
newSingleThreadPool()大小为1的线程池，任务一个接着一个完成
newScheduledThreadPool(int)调度型线程池，可控制线程最大并发数，支持定时及周期性任务执行，用来代替Timer

Callable

Callable接口使用泛型去定义它的返回类型。Executors类提供了一些有用的方法去在线程池中执行Callable内的任务。由于Callable任务是并行的，我们必须等待它返回的结果。java.util.concurrent.Future对象为我们解决了这个问题。在线程池提交Callable任务后返回了一个Future对象，使用它我们可以知道Callable任务的状态和得到Callable返回的执行结果。Future提供了get()方法让我们可以等待Callable结束并获取它的执行结果。

继承关系

Java多线程学习笔记：Callable、Future、FutureTask

常用方法

Java多线程学习笔记：Callable、Future、FutureTask

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

Callable的代码也非常简单，不同的是它是一个泛型接口，call()函数返回的类型就是创建Callable传进来的V类型。
学习Callable对比着Runnable。Callable与Runnable的功能大致相似，Callable功能强大一些，就是被线程执行后，可以返回值，并且能抛出异常。

Future

Future就是对于具体的Runnable或者Callable任务的执行结果进行取消、查询是否完成、获取结果。可以通过get()方法获取执行结果，该方法会阻塞直到任务返回结果。

Future类位于java.util.concurrent包下，它是一个接口

常用方法

Java多线程学习笔记：Callable、Future、FutureTask

在Future接口中声明了5个方法，下面依次解释每个方法的作用：

cancel(boolean mayInterruptIfRunning)方法用来取消任务，如果取消任务成功则返回true，如果取消任务失败则返回false。参数mayInterruptIfRunning表示是否允许取消正在执行却没有执行完毕的任务，如果设置true，则表示可以取消正在执行过程中的任务。如果任务已经完成，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，此方法肯定返回false，即如果取消已经完成的任务会返回false；如果任务正在执行，若mayInterruptIfRunning设置为true，则返回true，若mayInterruptIfRunning设置为false，则返回false；如果任务还没有执行，则无论mayInterruptIfRunning为true还是false，肯定返回true。
isCancelled()方法表示任务是否被取消成功，如果在任务正常完成前被取消成功，则返回 true。
isDone()方法表示任务是否已经完成，若任务完成，则返回true；
get()方法用来获取执行结果，这个方法会产生阻塞，会一直等到任务执行完毕才返回；
get(long timeout, TimeUnit unit)用来获取执行结果，如果在指定时间内，还没获取到结果，就直接返回null。

也就是说Future提供了三种功能：

判断任务是否完成
能够中断任务
能够获取任务执行结果

Callable+Future代码

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    Future<String> future = executorService.submit(new MyCallable());
    executorService.shutdown();
    System.out.println("do something in main");
    System.out.println("得到异步任务返回结果：" + future.get());
    System.out.println("主线程结束");
}

static class MyCallable implements Callable<String> {

    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println("Callable子线程开始");
        Thread.sleep(2000); // 模拟做点事情
        System.out.println("Callable子线程结束");
        return "MyCallable return";
    }
}

运行结果

Java多线程学习笔记：Callable、Future、FutureTask

上面是Future基本用法的代码以及并运行，我们可以知道：

线程是属于异步计算模型，所以你不可能直接从别的线程中得到方法返回值。这时候，Future就出场了。
Futrue可以监视目标线程调用call的情况，当你调用Future的get()方法以获得结果时，当前线程就开始阻塞，直到call方法结束返回结果。
Future引用对象指向的实际是FutureTask。

也就是说，总结一句话，Future可以得到别的线程任务方法的返回值。

FutureTask

Future是一个接口，而FutureTask实现了RunnableFuture接口，RunnableFuture继承了Runnable接口和Future接口（继承关系见下图）

Java多线程学习笔记：Callable、Future、FutureTask

FutureTask用于异步获取执行结果或取消执行任务的场景，它的主要功能有：

可以判断任务是否完成
可以获取任务执行结果
可以中断任务

继承关系

Java多线程学习笔记：Callable、Future、FutureTask

常用接口分析

Java多线程学习笔记：Callable、Future、FutureTask

构造函数

FutureTask(Callable<T> callable)
FutureTask(Runnable runnable, T result)

我们来分析一个这两个构造函数的源码

public FutureTask(Callable<V> callable) {
    if (callable == null)
        throw new NullPointerException();
    this.callable = callable;
    this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
}

public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
    this.callable = Executors.callable(runnable, result);
    this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
}

在这里我们可以了解到：

FutureTask最终都是执行Callable类型的任务。
如果构造函数参数是Runnable，会被Executors.callable方法转换为Callable类型。

Callable+FutureTask代码

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new MyCallable());
    executorService.submit(futureTask);
    executorService.shutdown();
    System.out.println("do something in main");
    System.out.println("得到异步任务返回结果：" + futureTask.get());
    System.out.println("主线程结束");
}
static class MyCallable implements Callable<String> {

    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println("Callable子线程开始");
        Thread.sleep(2000); // 模拟做点事情
        System.out.println("Callable子线程结束");
        return "MyCallable return";
    }
}

运行结果

Java多线程学习笔记：Callable、Future、FutureTask

前面一直讲Callable区别于Runnable原因之一就是可以抛异常，下面代码演示下

还是用上面的例子

Callable+FutureTask抛异常代码

public static void main(String[] args) {
    ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new MyCallable());
    executorService.submit(futureTask);
    executorService.shutdown();
    System.out.println("do something in main");
    try {
        System.out.println("得到异步任务返回结果：" + futureTask.get());
    } catch (Exception e) {
        System.out.println("捕获异常成功：" + e.getMessage());
    }
    System.out.println("主线程结束");

}
static class MyCallable implements Callable<String> {

    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println("Callable子线程开始");
        Thread.sleep(2000); // 模拟做点事情
        System.out.println("Callable子线程结束");
        throw new NullPointerException("抛异常测试");
    }
}

运行结果

Java多线程学习笔记：Callable、Future、FutureTask

总结

Future和Callable基本是成对出现的，Callable负责产生结果，Future负责获取结果。
Callable接口类似于Runnable，只是Runnable没有返回值。
Callable在被线程执行后，可以提供一个返回值，我们可以通过Future的get()方法拿到这个值
get()方法会导致该线程会被阻塞，直到Future拿到Callable.call()方法的返回值
Callable的call()方法可以抛出异常，我们可以在尝试执行get()方法时捕获这个异常，而Runnable并不能抛出异常
FutureTask可以确保任务只执行一次