一个 Callable 接口能有多少知识点？

时间：2022-06-01 21:29:07

一个 Callable 接口能有多少知识点？

并发编程一直是程序员们比较头疼的，如何编写正确的并发程序相比其他程序来说，是一件比较困难的事情，并发编程中出现的 Bug 往往也是特别诡异的。

之所以说并发编程出现的 Bug 比较诡异，是因为在并发编程中，很多时候出现的 Bug 不一定能完美的复现出来，也就是说，并发编程的 Bug 是很难重现，很难追踪的。

今天，冰河再次带小伙伴们复盘下Callable接口，好了，进入今天的正题。

本文纯干货，从源码角度深入解析Callable接口，希望大家踏下心来，打开你的IDE，跟着文章看源码，相信你一定收获不小。

Callable接口介绍

Callable接口是JDK1.5新增的泛型接口，在JDK1.8中，被声明为函数式接口，如下所示。

  1. @FunctionalInterface
  2. public interface Callable {
  3. V call() throws Exception;
  4. }

在JDK 1.8中只声明有一个方法的接口为函数式接口，函数式接口可以使用@FunctionalInterface注解修饰，也可以不使用@FunctionalInterface注解修饰。只要一个接口中只包含有一个方法，那么，这个接口就是函数式接口。

在JDK中，实现Callable接口的子类如下图所示。

一个 Callable 接口能有多少知识点？

默认的子类层级关系图看不清，这里，可以通过IDEA右键Callable接口，选择“Layout”来指定Callable接口的实现类图的不同结构，如下所示。

一个 Callable 接口能有多少知识点？

这里，可以选择“Organic Layout”选项，选择后的Callable接口的子类的结构如下图所示。

一个 Callable 接口能有多少知识点？

在实现Callable接口的子类中，有几个比较重要的类，如下图所示。

一个 Callable 接口能有多少知识点？

分别是：Executors类中的静态内部类：PrivilegedCallable、PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader、RunnableAdapter和Task类下的TaskCallable。

Callable接口的实现类

接下来，分析的类主要有：PrivilegedCallable、PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader、RunnableAdapter和Task类下的TaskCallable。虽然这些类在实际工作中很少被直接用到，但是作为一名合格的开发工程师，设置是秃顶的资深专家来说，了解并掌握这些类的实现有助你进一步理解Callable接口，并提高专业技能(头发再掉一批，哇哈哈哈。。。)。

  • PrivilegedCallable

PrivilegedCallable类是Callable接口的一个特殊实现类，它表明Callable对象有某种特权来访问系统的某种资源，PrivilegedCallable类的源代码如下所示。

  1. /**
  2. * A callable that runs under established access control settings
  3. */
  4. static final class PrivilegedCallable implements Callable {
  5. private final Callable task;
  6. private final AccessControlContext acc;
  7.  
  8. PrivilegedCallable(Callable task) {
  9. this.task = task;
  10. this.acc = AccessController.getContext();
  11. }
  12.  
  13. public T call() throws Exception {
  14. try {
  15. return AccessController.doPrivileged(
  16. new PrivilegedExceptionAction() {
  17. public T run() throws Exception {
  18. return task.call();
  19. }
  20. }, acc);
  21. } catch (PrivilegedActionException e) {
  22. throw e.getException();
  23. }
  24. }
  25. }

从PrivilegedCallable类的源代码来看，可以将PrivilegedCallable看成是对Callable接口的封装，并且这个类也继承了Callable接口。

在PrivilegedCallable类中有两个成员变量，分别是Callable接口的实例对象和AccessControlContext类的实例对象，如下所示。

  1. private final Callable task;
  2. private final AccessControlContext acc;

其中，AccessControlContext类可以理解为一个具有系统资源访问决策的上下文类，通过这个类可以访问系统的特定资源。通过类的构造方法可以看出，在实例化AccessControlContext类的对象时，只需要传递Callable接口子类的对象即可，如下所示。

  1. PrivilegedCallable(Callable task) {
  2. this.task = task;
  3. this.acc = AccessController.getContext();
  4. }

AccessControlContext类的对象是通过AccessController类的getContext()方法获取的，这里，查看AccessController类的getContext()方法，如下所示。

  1. public static AccessControlContext getContext(){
  2. AccessControlContext acc = getStackAccessControlContext();
  3. if (acc == null) {
  4. return new AccessControlContext(null, true);
  5. } else {
  6. return acc.optimize();
  7. }
  8. }

通过AccessController的getContext()方法可以看出，首先通过getStackAccessControlContext()方法来获取AccessControlContext对象实例。如果获取的AccessControlContext对象实例为空，则通过调用AccessControlContext类的构造方法实例化，否则，调用AccessControlContext对象实例的optimize()方法返回AccessControlContext对象实例。

这里，我们先看下getStackAccessControlContext()方法是个什么鬼。

  1. private static native AccessControlContext getStackAccessControlContext();

原来是个本地方法，方法的字面意思就是获取能够访问系统栈的决策上下文对象。

接下来，我们回到PrivilegedCallable类的call()方法，如下所示。

  1. public T call() throws Exception {
  2. try {
  3. return AccessController.doPrivileged(
  4. new PrivilegedExceptionAction() {
  5. public T run() throws Exception {
  6. return task.call();
  7. }
  8. }, acc);
  9. } catch (PrivilegedActionException e) {
  10. throw e.getException();
  11. }
  12. }

通过调用AccessController.doPrivileged()方法，传递PrivilegedExceptionAction。接口对象和AccessControlContext对象，并最终返回泛型的实例对象。

首先，看下AccessController.doPrivileged()方法，如下所示。

  1. @CallerSensitive
  2. public static native T
  3. doPrivileged(PrivilegedExceptionActionaction,
  4. AccessControlContext context)
  5. throws PrivilegedActionException;

可以看到，又是一个本地方法。也就是说，最终的执行情况是将PrivilegedExceptionAction接口对象和AccessControlContext对象实例传递给这个本地方法执行。并且在PrivilegedExceptionAction接口对象的run()方法中调用Callable接口的call()方法来执行最终的业务逻辑，并且返回泛型对象。

  • PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader

此类表示为在已经建立的特定访问控制和当前的类加载器下运行的Callable类，源代码如下所示。

  1. /**
  2. * A callable that runs under established access control settings and
  3. * current ClassLoader
  4. */
  5. static final class PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader implements Callable {
  6. private final Callable task;
  7. private final AccessControlContext acc;
  8. private final ClassLoader ccl;
  9.  
  10. PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader(Callable task) {
  11. SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
  12. if (sm != null) {
  13. sm.checkPermission(SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION);
  14. sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader"));
  15. }
  16. this.task = task;
  17. this.acc = AccessController.getContext();
  18. this.ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
  19. }
  20.  
  21. public T call() throws Exception {
  22. try {
  23. return AccessController.doPrivileged(
  24. new PrivilegedExceptionAction() {
  25. public T run() throws Exception {
  26. Thread t = Thread.currentThread();
  27. ClassLoader cl = t.getContextClassLoader();
  28. if (ccl == cl) {
  29. return task.call();
  30. } else {
  31. t.setContextClassLoader(ccl);
  32. try {
  33. return task.call();
  34. } finally {
  35. t.setContextClassLoader(cl);
  36. }
  37. }
  38. }
  39. }, acc);
  40. } catch (PrivilegedActionException e) {
  41. throw e.getException();
  42. }
  43. }
  44. }

这个类理解起来比较简单，首先，在类中定义了三个成员变量，如下所示。

  1. private final Callable task;
  2. private final AccessControlContext acc;
  3. private final ClassLoader ccl;

接下来，通过构造方法注入Callable对象，在构造方法中，首先获取系统安全管理器对象实例，通过系统安全管理器对象实例检查是否具有获取ClassLoader和设置ContextClassLoader的权限。并在构造方法中为三个成员变量赋值，如下所示。

  1. PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader(Callable task) {
  2. SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
  3. if (sm != null) {
  4. sm.checkPermission(SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION);
  5. sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader"));
  6. }
  7. this.task = task;
  8. this.acc = AccessController.getContext();
  9. this.ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
  10. }

接下来，通过调用call()方法来执行具体的业务逻辑，如下所示。

  1. public T call() throws Exception {
  2. try {
  3. return AccessController.doPrivileged(
  4. new PrivilegedExceptionAction() {
  5. public T run() throws Exception {
  6. Thread t = Thread.currentThread();
  7. ClassLoader cl = t.getContextClassLoader();
  8. if (ccl == cl) {
  9. return task.call();
  10. } else {
  11. t.setContextClassLoader(ccl);
  12. try {
  13. return task.call();
  14. } finally {
  15. t.setContextClassLoader(cl);
  16. }
  17. }
  18. }
  19. }, acc);
  20. } catch (PrivilegedActionException e) {
  21. throw e.getException();
  22. }
  23. }

在call()方法中同样是通过调用AccessController类的本地方法doPrivileged，传递PrivilegedExceptionAction接口的实例对象和AccessControlContext类的对象实例。

具体执行逻辑为：在PrivilegedExceptionAction对象的run()方法中获取当前线程的ContextClassLoader对象，如果在构造方法中获取的ClassLoader对象与此处的ContextClassLoader对象是同一个对象(不止对象实例相同，而且内存地址也相同)，则直接调用Callable对象的call()方法返回结果。否则，将PrivilegedExceptionAction对象的run()方法中的当前线程的ContextClassLoader设置为在构造方法中获取的类加载器对象，接下来，再调用Callable对象的call()方法返回结果。最终将当前线程的ContextClassLoader重置为之前的ContextClassLoader。

  • RunnableAdapter

RunnableAdapter类比较简单，给定运行的任务和结果，运行给定的任务并返回给定的结果，源代码如下所示。

  1. /**
  2. * A callable that runs given task and returns given result
  3. */
  4. static final class RunnableAdapter implements Callable {
  5. final Runnable task;
  6. final T result;
  7. RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
  8. this.task = task;
  9. this.result = result;
  10. }
  11. public T call() {
  12. task.run();
  13. return result;
  14. }
  15. }
  • TaskCallable

TaskCallable类是javafx.concurrent.Task类的静态内部类，TaskCallable类主要是实现了Callable接口并且被定义为FutureTask的类，并且在这个类中允许我们拦截call()方法来更新task任务的状态。源代码如下所示。

  1. private static final class TaskCallable implements Callable {
  2.  
  3. private Task task;
  4. private TaskCallable() { }
  5.  
  6. @Override
  7. public V call() throws Exception {
  8. task.started = true;
  9. task.runLater(() -> {
  10. task.setState(State.SCHEDULED);
  11. task.setState(State.RUNNING);
  12. });
  13. try {
  14. final V result = task.call();
  15. if (!task.isCancelled()) {
  16. task.runLater(() -> {
  17. task.updateValue(result);
  18. task.setState(State.SUCCEEDED);
  19. });
  20. return result;
  21. } else {
  22. return null;
  23. }
  24. } catch (final Throwable th) {
  25. task.runLater(() -> {
  26. task._setException(th);
  27. task.setState(State.FAILED);
  28. });
  29. if (th instanceof Exception) {
  30. throw (Exception) th;
  31. } else {
  32. throw new Exception(th);
  33. }
  34. }
  35. }
  36. }

从TaskCallable类的源代码可以看出，只定义了一个Task类型的成员变量。下面主要分析TaskCallable类的call()方法。

当程序的执行进入到call()方法时，首先将task对象的started属性设置为true，表示任务已经开始，并且将任务的状态依次设置为State.SCHEDULED和State.RUNNING，依次触发任务的调度事件和运行事件。如下所示。

  1. task.started = true;
  2. task.runLater(() -> {
  3. task.setState(State.SCHEDULED);
  4. task.setState(State.RUNNING);
  5. });

接下来，在try代码块中执行Task对象的call()方法，返回泛型对象。如果任务没有被取消，则更新任务的缓存，将调用call()方法返回的泛型对象绑定到Task对象中的ObjectProperty对象中，其中，ObjectProperty在Task类中的定义如下。

  1. private final ObjectProperty value = new SimpleObjectProperty<>(this, "value");

接下来，将任务的状态设置为成功状态。如下所示。

  1. try {
  2. final V result = task.call();
  3. if (!task.isCancelled()) {
  4. task.runLater(() -> {
  5. task.updateValue(result);
  6. task.setState(State.SUCCEEDED);
  7. });
  8. return result;
  9. } else {
  10. return null;
  11. }
  12. }

如果程序抛出了异常或者错误，会进入catch()代码块，设置Task对象的Exception信息并将状态设置为State.FAILED，也就是将任务标记为失败。接下来，判断异常或错误的类型，如果是Exception类型的异常，则直接强转为Exception类型的异常并抛出。否则，将异常或者错误封装为Exception对象并抛出，如下所示。

  1. catch (final Throwable th) {
  2. task.runLater(() -> {
  3. task._setException(th);
  4. task.setState(State.FAILED);
  5. });
  6. if (th instanceof Exception) {
  7. throw (Exception) th;
  8. } else {
  9. throw new Exception(th);
  10. }
  11. }

好了，今天就到这儿吧，大家学会了吗?我是冰河，我们下期见~~

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/JeSHgs8DvfiHhyTBOaLEYw

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