Java Executor并发框架（七）Executor框架线程池任务执行全过程（下）

一、介绍

基于Executor接口中将任务提交和任务执行解耦的设计，ExecutorService和其各种功能强大的实现类提供了非常简便方式来提交任务并获取任务执行结果，封装了任务执行的全部过程。本文尝试通过对该部分源码的解析以ThreadPoolExecutor为例来追踪任务提交、执行、获取执行结果的整个过程。为了避免陷入枯燥的源码解释，将该过程和过程中涉及的角色与我们工作中的场景和场景中涉及的角色进行映射，力图生动和深入浅出。

在 Java Executor并发框架（六）Executor框架线程池任务执行全过程（上）中，我们生动形象了描述了一个任务提交的全过程。

二、代码剖析

1、 任务执行

其实应该说是任务被执行，任务是宾语。动宾结构：execute the task，执行任务，无论写成英文还是中文似乎都是这样。那么主语 是who呢？明显不

是调用submit的那位（线程），那是哪位呢？上篇介绍ThreadPoolExecutor主要属性时提到其中有一个 HashSet<Worker> workers的集合，我们有说

明这里存储的就是线程池的工作队列的集合，队列的对象是Worker类型的工作线程， 是ThreadPoolExecutor的一个内部类，实现了Runnable接口：

(1). 看作业线程干什么当然是看它的run方法在干什么。如我们所料，作业线程就是在一直调用getTask方法获取任务，然后调用

 run方法执行任务。看到没有，是在while循环里面，就是不干完不罢休的意思！在加班干活的苦逼的朋友们，有没有遇见

战友的亲切感觉？

(2). getTask方法是ThreadPoolExecutor提供给其内部类Worker的的方法。作用就是一个，从任务队列中取任务，源源不断地输出任

务。workQueue.take();就是从队列的头部获取任务。

(3). run是工作线程Worker真正处理拿到的每个具体任务。看到这里才能确认我们的猜想，之前提到的“执行任务”这个动宾结构前面

的主语正是这些Worker呀。唠叨了半天，前面都是派活，这里才是干活。和我们的工作何其相似！但看看流程就是这么简单。

需要注意的地方出现了，调用的其实是task的run方法。看下FutureTask的run方法做了什么事情。

这里插入一个FutureTask的类图。可以看到FutureTask实现了RunnableFuture接口，所以FutureTask即有Runnable接口的run方法

来定义任务内容，也有Future接口中定义的get、cancel等方法来控制任务执行和获取执行结果。Runnable接口自不用说，Future接

口的伟大设计，就是使得实现该接口的对象可以阻塞线程直到任务执行完毕，也可以取消任务执行，检测任务是执行完毕还是被取

消了。想想在之前我们使用Thread.join()或者Thread.join(long millis)等待任务结束是多么苦涩啊。

FutureTask内部定义了一个Sync的内部类，继承自AQS，来维护任务状态。关于AQS的设计思路，可以参照参考Doug Lea大师的

原著The java.util.concurrent Synchronizer Framework。

(4) 和其他的同步工具类一样，FutureTask的主要工作内容也是委托给其定义的内部类Sync来完成。

(5). FutureTask.Sync.innerRun()，这样做的目的就是为了维护任务执行的状态，只有当执行完后才能够获得任务执行结果。在该方

法中，首先设置执行状态为RUNNING只有判断任务的状态是运行状态，才调用任务内封装的回调，并且在执行完成后设置回调的返

回值到FutureTask的result变量上。在FutureTask中，innerRun等每个“写”方法都会首先修改状态位，在后续会看到innerGet等“读”方

法会先判断状态，然后才能决定后续的操作是否可以继续。下图是FutureTask.Sync中几个重要状态的流转情况，和其他的同步工具

类一样，状态位使用的也是父类AQS的state属性。

通过对AQS的状态位state的判断来判断任务的状态是运行状态，则调用任务内封装的回调，并且设置回调的返回值。

设置运行状态为完成，并且把回调额执行结果设置给result变量。

至此工作线程执行Task就结束了。提交的任务是由Worker工作线程执行，正是在该线程上调用Task中定义的任务内容，即封装的

Callable回调，并设置执行结果。下面就是最重要的部分：调用者如何获取执行的结果。

2、 获取执行结果

前面说过，对于老大的老大这样的使用者来说，获取执行结果这个过程总是最容易的事情，只需调用FutureTask的get()方法即可。

该方法是在Future接口中就定义的。get方法的作用就是等待执行结果。（Waits if necessary for the computation to complete, and 

then retrieves its result.）Future这个接口命名得真好，虽然是在未来，但是定义有一个get()方法，总是“可以掌控的未来，总是有收

获的未来！”实现该接口的FutureTask也应该是这个意思，在未来要完成的任务，但是一样要有结果哦。

(1). FutureTask的get方法同样委托给Sync来执行。和该方法类似，还有一个V get(long timeout, TimeUnit unit)，可以配置超时时间。

(2).  在Sync的 innerGet方法中，调用AQS父类定义的获取共享锁的方法acquireSharedInterruptibly来等待执行完成。如果执行完成

了则可以继续执行后面的代码，返回result结果，否则如果还未完成，则阻塞线程等待执行完成。再大的老大要想获得结果也得等老

子干完了才行！可以看到调用FutureTask的get方法，进而调用到该方法的一定是想要执行结果的线程，一般应该就是提交Task的线

程，而这个任务的执行是在Worker的工作线程上，通过AQS来保证执行完毕才能获取执行结果。该方法acquireSharedInterruptibly

是AQS父类中定义的获取共享锁的方法，但是到底满足什么条件可以成功获取共享锁，这是Sync的tryAcquireShared方法内定的。

具体说来，innerIsDone用来判断是否执行完毕，如果执行完毕则向下执行，返回result即可；如果判断未完成，则调用AQS的d

oAcquireSharedInterruptibly来挂起当前线程，一直到满足条件。这种思路在其他的几种同步工

类Semaphore、CountDownLatch、、ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock也广泛使用。借助AQS框架，在获取锁时，先判断

当前状态是否允许获取锁，若是允许则获取锁，否则获取不成功。获取不成功则会阻塞，进入阻塞队列。而释放锁时，一般会修改

状态位，唤醒队列中的阻塞线程。每个同步工具类的自定义同步器都继承自AQS父类，是否可以获取锁根据同步类自身的功能要求

覆盖AQS对应的try前缀方法，这些方法在AQS父类中都是只有定义没有内容。可以参照《源码剖析AQS在几个同步工具类中的使

用》来详细了解。

突然想到想想那些被称为老大的，是不是整个career流程就是只干两件事情：submit a task， then wait and get the result。不对，

还有一件事情，不是等待，而是催。“完了没，完了没？schedule很紧的，抓点紧啊，要不要适当加点班啊……”

获得锁，表示执行完毕，才能获得后执行结果，否则阻塞等待执行完成再获取执行结果。

至此，获得执行结果，圆满完成任务！

每个人都按照这样的角色进行着，依照这样的角色安排和谐愉快地进行着。。。

角色名	任务用户	任务管理者	任务执行者
角色属性	任务的甲方	任务的乙方	乙方的工具
角色说明	选择合适的任务执行服务，如可以根据需要选择ThreadPoolExecutor还是ScheduledThreadPoolExecutor，并定制ExecutorService的配置。 定义好任务的工作内容和结果类型，提交任务，等待任务的执行结果	接收提交的任务； 维护执行服务内部管理； 配置工作线程执行任务	每个工作线程一直从任务执行服务获取待执行的任务，保证任务完成后返回执行结果。
Executor中对应	创建获取ExecutorService、并提交Task的外部接口	ExecutorService的各种实现。如经典的ThreadPoolExecutor，ScheduledThreadPoolExecutor	执行服务内定义的配套的Worker线程。如ThreadPoolExecutor.Worker
主要接口方法	submit(Callable task)	execute(Runnable command)	run()
现实角色映射	手里有活的大老大	领人干活的老大	真正干活的码农
主要工作伪代码	taskService = createService() future=taskService.submitTask() future.get()	executeTask() { addTask() createThread() }	while(ture) { getTask() task.run() }

三、总结

从时序图上看主要的几个角色是这样配合完成任务提交、任务执行、获取执行结果这几个步骤的。

1. 外面需要提交任务的角色（如例子中老大的老大），首先创建一个任务执行服务ExecutorService，一般使用工具类Executors的

若干个工厂方法 创建不同特征的线程池ThreadPoolExecutor，例子中是使用newFixedThreadPool方法创建有n个固定工作线程的线

程池。

2. 线程池是专门负责从外面接活的老大。把任务封装成一个FutureTask对象，并根据输入定义好要获得结果的类型，就可以submit

任务了。

3. 线程池就像我们团队里管人管项目的老大，各个都有一套娴熟、有效的办法来对付输入的任务和手下干活的兄弟一样，内部有一

套比较完整、细致的任务管理办法，工作线程管理办法，以便应付输入的任务。这些逻辑全部在其execute方法中体现。

4. 线程池接收输入的task，根据需要创建工作线程，启动工作线程来执行task。

5. 工作线程在其run方法中一直循环，从线程池领取可以执行的task，调用task的run方法执行task内定义的任务。

6. FutureTask的run方法中调用其内部类Sync的innerRun方法来执行封装的具体任务，并把任务的执行结果返回给FutureTask的

result变量。

7. 当提及任务的角色调用FutureTask的get方法获取执行结果时，Sync的innerGet方法被调用。根据任务的执行状态判断，任务执行

完毕则返回执行结果；未执行完毕则等待。

参考文献：

1. 戏（细）说Executor框架线程池任务执行全过程（下）