美团原题：深入探讨Java中的线程管理：Thread、Runnable、Callable、Future和FutureTask之间的关系及应用实例

Thread与Runnable的内在联系

1.1 线程的基本概念

我们从最简单的Thread示例开始了解其基本使用：

public class MyThread extends Thread {  
    public MyThread(String name) {  
        super(name);  
    }  
    @Override  
    public void run() {  
        String name = Thread.currentThread().getName();  
        System.out.println(name + "已经运行");  
    }  
    public static void main(String[] args) {  
        new MyThread("线程一").start();  
    }  
}

线程在运行过程中有四种状态：创建 -> 就绪 -> 运行 -> 结束。当调用start()方法后，线程会进入就绪状态，随后在获取到CPU调度资源后进入运行状态，执行run()方法，最后结束。

1.2 Runnable接口的使用

接下来，我们来看Runnable接口的基本实现：

public class MyTask implements Runnable {  
    @Override  
    public void run() {  
        String name = Thread.currentThread().getName();  
        System.out.println(name + "已经运行");  
    }  
    public static void main(String[] args) {  
        new Thread(new MyTask(),"线程二").start();  
    }  
}

在这个示例中，MyTask实现了Runnable接口并重写了run()方法，作为Thread的构造参数。

尽管许多人都了解如何使用Runnable，但其工作原理你是否清楚呢？

1.3 Thread和Runnable的联系

我们来看Runnable接口的定义：

public interface Runnable {  
    /**  
     * 当实现Runnable接口的对象用于创建线程时，启动该线程将调用该对象的run方法。  
     */  
    public abstract void run();  
}

这一段可以简单理解为：当一个对象实现了run()方法并被用于启动一个线程时，start()的调用会使得该对象的run()方法在新线程中被执行。

由此可以总结出Thread和Runnable的关系：

MyTask实现了Runnable接口并提供了run()方法；
Thread在初始化时将MyTask实例作为目标；
当Thread的run()方法被调用时，实际上是执行MyTask.run()方法。

以下是Thread与Runnable的关系图示：

1.4 策略模式的应用

在这个过程中，Thread初始化时将MyTask作为参数赋值给Thread.target，最终在调用Thread.run()时，执行的是target.run()，即MyTask.run()。这体现了策略模式的运用。

Callable、Future和FutureTask的关系解析

接下来，我们要探讨Callable、Future和FutureTask之间的关系：

初见此图，Java的线程机制似乎显得复杂，尤其是已经有Thread和Runnable两个创建线程的方案，为什么还要增加Callable、Future和FutureTask这三者呢？

实际上，Thread和Runnable的run()方法都没有返回值，并且不能抛出异常，因此在需要返回多线程结果时，我们需要借助Callable和Future。

2.1 Callable接口

Callable是一个泛型接口，定义了一个返回值类型为V的call()方法：

public interface Callable<V> {  
    /**  
     * 计算结果，若无法计算则抛出异常。  
     * @return 计算结果  
     * @throws Exception 若无法计算结果  
     */  
    V call() throws Exception;  
}

通常我们会以匿名类的方式使用Callable，call()中包含具体的业务逻辑：

Callable<String> callable = new Callable<String>() {  
    @Override  
    public String call() throws Exception {  
        // 执行业务逻辑 ...  
        return "this is Callable is running";  
    }  
};

此时，Callable.call()与Thread.run()之间的关系又是什么呢？

2.2 FutureTask的实现

从关系图中可以看到，FutureTask实现了RunnableFuture接口，而RunnableFuture又继承了Runnable和Future：

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {  
    /**  
     * 设置这个Future的计算结果，除非它已经被取消。  
     */  
    void run();  
}

因此，FutureTask本质上也是一个Runnable实例！

这就产生了新的思路，既然FutureTask是Runnable，那它可以作为Thread的构造参数：

new Thread(FutureTask对象).start();

因此，当执行Thread.run()时，实际上执行的就是FutureTask.run()。

接下来我们要探讨FutureTask.run()和Callable.call()之间的关系。

2.3 Callable与FutureTask的内在协调

初始化FutureTask时，必须将Callable对象作为参数传入：

当执行FutureTask.run()时，内部实际上执行的是Callable.call()：

这又是一个策略模式的运用！

通过以上分析，我们可以清晰地理解Thread、Runnable、FutureTask和Callable之间的关系：

Thread.run()调用的是Runnable.run()；
FutureTask继承Runnable，并实现了FutureTask.run()；
FutureTask.run()调用的是Callable.call()；
最终，Thread.run()实际上是执行Callable.call()。

因此，整个设计思路实际上是两个策略模式的结合，Thread和Runnable构成了一个策略模式，而FutureTask和Callable又构成了另一个策略模式。这两个策略模式通过Runnable和FutureTask的继承关系整合在一起。

2.4 对Future的必要性进行探讨

那么，Future的存在到底有什么意义呢？当我们通过FutureTask并借助Thread执行线程后，结果数据如何获取？这便是Future的用武之地。

我们来看一下Future接口的定义：

public interface Future<V> {  
    // 取消任务，如果任务正在运行，mayInterruptIfRunning为true时，会打断任务并返回true；否则，会等待任务执行完毕并返回true；若任务未执行则返回true，若已执行完则返回false  
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);  
    // 判断任务是否被取消，正常执行完不算被取消  
    boolean isCancelled();  
    // 判断任务是否已完成，任务取消或发生异常也算完成，返回true  
    boolean isDone();  
    // 获取任务返回结果，若任务尚未完成则会阻塞等待，若获取过程中发生异常则抛出异常  
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;  
    // 在指定的时间内若未返回结果则抛出TimeoutException  
    V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;  
}

对于FutureTask而言，Callable就是它的任务，而FutureTask内部维护了任务状态，所有状态的变化都与任务的执行密切相关。FutureTask实现了Future接口，提供了对任务的取消、结果获取以及状态检查等功能。

例如，我们可以使用get()方法来获取结果，如果任务尚未完成，当前线程会被阻塞，直到任务完成后唤醒。

具体实例

下面是一个简单的多线程处理示例：

private static List<String> processByMultiThread(Integer batchSize) throws ExecutionException, InterruptedException {  
    List<String> output = new ArrayList<>();  
    // 获取分批数据  
    List<List<Integer>> batchProcessData = getProcessData(batchSize);  
    // 启动线程  
    List<FutureTask<List<String>>> futureTaskList = new ArrayList<>();  
    for (List<Integer> processData : batchProcessData) {  
        Callable<List<String>> callable = () -> processOneThread(processData);  
        FutureTask<List<String>> futureTask = new FutureTask<>(callable);  
        new Thread(futureTask).start();  // 启动线程  
        futureTaskList.add(futureTask);  
    }  
    // 获取线程返回的数据  
    for (FutureTask futureTask : futureTaskList) {  
        List<String> processData = (List<String>) futureTask.get();  
        output.addAll(processData);  
    }  
    return output;  
}