并發(fā)編程一直是程序員們比較頭疼的，如何編寫正確的并發(fā)程序相比其他程序來(lái)說(shuō)，是一件比較困難的事情，并發(fā)編程中出現(xiàn)的 Bug 往往也是特別詭異的。

之所以說(shuō)并發(fā)編程出現(xiàn)的 Bug 比較詭異，是因?yàn)樵诓l(fā)編程中，很多時(shí)候出現(xiàn)的 Bug 不一定能完美的復(fù)現(xiàn)出來(lái)，也就是說(shuō)，并發(fā)編程的 Bug 是很難重現(xiàn)，很難追蹤的。

今天，冰河再次帶小伙伴們復(fù)盤下Callable接口，好了，進(jìn)入今天的正題。

本文純干貨，從源碼角度深入解析Callable接口，希望大家踏下心來(lái)，打開(kāi)你的IDE，跟著文章看源碼，相信你一定收獲不小。

Callable接口介紹

Callable接口是JDK1.5新增的泛型接口，在JDK1.8中，被聲明為函數(shù)式接口，如下所示。

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

在JDK 1.8中只聲明有一個(gè)方法的接口為函數(shù)式接口，函數(shù)式接口可以使用@FunctionalInterface注解修飾，也可以不使用@FunctionalInterface注解修飾。只要一個(gè)接口中只包含有一個(gè)方法，那么，這個(gè)接口就是函數(shù)式接口。

在JDK中，實(shí)現(xiàn)Callable接口的子類如下圖所示。

默認(rèn)的子類層級(jí)關(guān)系圖看不清，這里，可以通過(guò)IDEA右鍵Callable接口，選擇“Layout”來(lái)指定Callable接口的實(shí)現(xiàn)類圖的不同結(jié)構(gòu)，如下所示。

這里，可以選擇“Organic Layout”選項(xiàng)，選擇后的Callable接口的子類的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

在實(shí)現(xiàn)Callable接口的子類中，有幾個(gè)比較重要的類，如下圖所示。

分別是：Executors類中的靜態(tài)內(nèi)部類：PrivilegedCallable、PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader、RunnableAdapter和Task類下的TaskCallable。

Callable接口的實(shí)現(xiàn)類

接下來(lái)，分析的類主要有：PrivilegedCallable、PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader、RunnableAdapter和Task類下的TaskCallable。雖然這些類在實(shí)際工作中很少被直接用到，但是作為一名合格的開(kāi)發(fā)工程師，設(shè)置是禿頂?shù)馁Y深專家來(lái)說(shuō)，了解并掌握這些類的實(shí)現(xiàn)有助你進(jìn)一步理解Callable接口，并提高專業(yè)技能(頭發(fā)再掉一批，哇哈哈哈。。。)。

• PrivilegedCallable

PrivilegedCallable類是Callable接口的一個(gè)特殊實(shí)現(xiàn)類，它表明Callable對(duì)象有某種特權(quán)來(lái)訪問(wèn)系統(tǒng)的某種資源，PrivilegedCallable類的源代碼如下所示。

/** 
 * A callable that runs under established access control settings 
 */ 
static final class PrivilegedCallable<T> implements Callable<T> { 
 private final Callable<T> task; 
 private final AccessControlContext acc; 
 
 PrivilegedCallable(Callable<T> task) { 
  this.task = task; 
  this.acc = AccessController.getContext(); 
 } 
 
 public T call() throws Exception { 
  try { 
   return AccessController.doPrivileged( 
    new PrivilegedExceptionAction<T>() { 
     public T run() throws Exception { 
      return task.call(); 
     } 
    }, acc); 
  } catch (PrivilegedActionException e) { 
   throw e.getException(); 
  } 
 } 
} 

從PrivilegedCallable類的源代碼來(lái)看，可以將PrivilegedCallable看成是對(duì)Callable接口的封裝，并且這個(gè)類也繼承了Callable接口。

在PrivilegedCallable類中有兩個(gè)成員變量，分別是Callable接口的實(shí)例對(duì)象和AccessControlContext類的實(shí)例對(duì)象，如下所示。

private final Callable<T> task; 
private final AccessControlContext acc; 

其中，AccessControlContext類可以理解為一個(gè)具有系統(tǒng)資源訪問(wèn)決策的上下文類，通過(guò)這個(gè)類可以訪問(wèn)系統(tǒng)的特定資源。通過(guò)類的構(gòu)造方法可以看出，在實(shí)例化AccessControlContext類的對(duì)象時(shí)，只需要傳遞Callable接口子類的對(duì)象即可，如下所示。

PrivilegedCallable(Callable<T> task) { 
 this.task = task; 
 this.acc = AccessController.getContext(); 
} 

AccessControlContext類的對(duì)象是通過(guò)AccessController類的getContext()方法獲取的，這里，查看AccessController類的getContext()方法，如下所示。

public static AccessControlContext getContext(){ 
 AccessControlContext acc = getStackAccessControlContext(); 
 if (acc == null) { 
  return new AccessControlContext(null, true); 
 } else { 
  return acc.optimize(); 
 } 
} 

通過(guò)AccessController的getContext()方法可以看出，首先通過(guò)getStackAccessControlContext()方法來(lái)獲取AccessControlContext對(duì)象實(shí)例。如果獲取的AccessControlContext對(duì)象實(shí)例為空，則通過(guò)調(diào)用AccessControlContext類的構(gòu)造方法實(shí)例化，否則，調(diào)用AccessControlContext對(duì)象實(shí)例的optimize()方法返回AccessControlContext對(duì)象實(shí)例。

這里，我們先看下getStackAccessControlContext()方法是個(gè)什么鬼。

private static native AccessControlContext getStackAccessControlContext(); 

原來(lái)是個(gè)本地方法，方法的字面意思就是獲取能夠訪問(wèn)系統(tǒng)棧的決策上下文對(duì)象。

接下來(lái)，我們回到PrivilegedCallable類的call()方法，如下所示。

public T call() throws Exception { 
 try { 
  return AccessController.doPrivileged( 
   new PrivilegedExceptionAction<T>() { 
    public T run() throws Exception { 
     return task.call(); 
    } 
   }, acc); 
 } catch (PrivilegedActionException e) { 
  throw e.getException(); 
 } 
} 

通過(guò)調(diào)用AccessController.doPrivileged()方法，傳遞PrivilegedExceptionAction。接口對(duì)象和AccessControlContext對(duì)象，并最終返回泛型的實(shí)例對(duì)象。

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

@CallerSensitive 
public static native <T> T 
    doPrivileged(PrivilegedExceptionAction<T> action, 
                 AccessControlContext context) 
    throws PrivilegedActionException; 

可以看到，又是一個(gè)本地方法。也就是說(shuō)，最終的執(zhí)行情況是將PrivilegedExceptionAction接口對(duì)象和AccessControlContext對(duì)象實(shí)例傳遞給這個(gè)本地方法執(zhí)行。并且在PrivilegedExceptionAction接口對(duì)象的run()方法中調(diào)用Callable接口的call()方法來(lái)執(zhí)行最終的業(yè)務(wù)邏輯，并且返回泛型對(duì)象。

• PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader

此類表示為在已經(jīng)建立的特定訪問(wèn)控制和當(dāng)前的類加載器下運(yùn)行的Callable類，源代碼如下所示。

/** 
 * A callable that runs under established access control settings and 
 * current ClassLoader 
 */ 
static final class PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader<T> implements Callable<T> { 
 private final Callable<T> task; 
 private final AccessControlContext acc; 
 private final ClassLoader ccl; 
 
 PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader(Callable<T> task) { 
  SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); 
  if (sm != null) { 
   sm.checkPermission(SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION); 
   sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader")); 
  } 
  this.task = task; 
  this.acc = AccessController.getContext(); 
  this.ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); 
 } 
 
 public T call() throws Exception { 
  try { 
   return AccessController.doPrivileged( 
    new PrivilegedExceptionAction<T>() { 
     public T run() throws Exception { 
      Thread t = Thread.currentThread(); 
      ClassLoader cl = t.getContextClassLoader(); 
      if (ccl == cl) { 
       return task.call(); 
      } else { 
       t.setContextClassLoader(ccl); 
       try { 
        return task.call(); 
       } finally { 
        t.setContextClassLoader(cl); 
       } 
      } 
     } 
    }, acc); 
  } catch (PrivilegedActionException e) { 
   throw e.getException(); 
  } 
 } 
} 

這個(gè)類理解起來(lái)比較簡(jiǎn)單，首先，在類中定義了三個(gè)成員變量，如下所示。

private final Callable<T> task; 
private final AccessControlContext acc; 
private final ClassLoader ccl; 

接下來(lái)，通過(guò)構(gòu)造方法注入Callable對(duì)象，在構(gòu)造方法中，首先獲取系統(tǒng)安全管理器對(duì)象實(shí)例，通過(guò)系統(tǒng)安全管理器對(duì)象實(shí)例檢查是否具有獲取ClassLoader和設(shè)置ContextClassLoader的權(quán)限。并在構(gòu)造方法中為三個(gè)成員變量賦值，如下所示。

PrivilegedCallableUsingCurrentClassLoader(Callable<T> task) { 
 SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); 
 if (sm != null) { 
  sm.checkPermission(SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION); 
  sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader")); 
 } 
 this.task = task; 
 this.acc = AccessController.getContext(); 
 this.ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); 
} 

接下來(lái)，通過(guò)調(diào)用call()方法來(lái)執(zhí)行具體的業(yè)務(wù)邏輯，如下所示。

public T call() throws Exception { 
 try { 
  return AccessController.doPrivileged( 
   new PrivilegedExceptionAction<T>() { 
    public T run() throws Exception { 
     Thread t = Thread.currentThread(); 
     ClassLoader cl = t.getContextClassLoader(); 
     if (ccl == cl) { 
      return task.call(); 
     } else { 
      t.setContextClassLoader(ccl); 
      try { 
       return task.call(); 
      } finally { 
       t.setContextClassLoader(cl); 
      } 
     } 
    } 
   }, acc); 
 } catch (PrivilegedActionException e) { 
  throw e.getException(); 
 } 
} 

在call()方法中同樣是通過(guò)調(diào)用AccessController類的本地方法doPrivileged，傳遞PrivilegedExceptionAction接口的實(shí)例對(duì)象和AccessControlContext類的對(duì)象實(shí)例。

具體執(zhí)行邏輯為：在PrivilegedExceptionAction對(duì)象的run()方法中獲取當(dāng)前線程的ContextClassLoader對(duì)象，如果在構(gòu)造方法中獲取的ClassLoader對(duì)象與此處的ContextClassLoader對(duì)象是同一個(gè)對(duì)象(不止對(duì)象實(shí)例相同，而且內(nèi)存地址也相同)，則直接調(diào)用Callable對(duì)象的call()方法返回結(jié)果。否則，將PrivilegedExceptionAction對(duì)象的run()方法中的當(dāng)前線程的ContextClassLoader設(shè)置為在構(gòu)造方法中獲取的類加載器對(duì)象，接下來(lái)，再調(diào)用Callable對(duì)象的call()方法返回結(jié)果。最終將當(dāng)前線程的ContextClassLoader重置為之前的ContextClassLoader。

• RunnableAdapter

RunnableAdapter類比較簡(jiǎn)單，給定運(yùn)行的任務(wù)和結(jié)果，運(yùn)行給定的任務(wù)并返回給定的結(jié)果，源代碼如下所示。

/** 
 * A callable that runs given task and returns given result 
 */ 
static final class RunnableAdapter<T> implements Callable<T> { 
 final Runnable task; 
 final T result; 
 RunnableAdapter(Runnable task, T result) { 
  this.task = task; 
  this.result = result; 
 } 
 public T call() { 
  task.run(); 
  return result; 
 } 
} 

• TaskCallable

TaskCallable類是javafx.concurrent.Task類的靜態(tài)內(nèi)部類，TaskCallable類主要是實(shí)現(xiàn)了Callable接口并且被定義為FutureTask的類，并且在這個(gè)類中允許我們攔截call()方法來(lái)更新task任務(wù)的狀態(tài)。源代碼如下所示。

private static final class TaskCallable<V> implements Callable<V> { 
 
 private Task<V> task; 
 private TaskCallable() { } 
 
 @Override  
 public V call() throws Exception { 
  task.started = true; 
  task.runLater(() -> { 
   task.setState(State.SCHEDULED); 
   task.setState(State.RUNNING); 
  }); 
  try { 
   final V result = task.call(); 
   if (!task.isCancelled()) { 
    task.runLater(() -> { 
     task.updateValue(result); 
     task.setState(State.SUCCEEDED); 
    }); 
    return result; 
   } else { 
    return null; 
   } 
  } catch (final Throwable th) { 
   task.runLater(() -> { 
    task._setException(th); 
    task.setState(State.FAILED); 
   }); 
   if (th instanceof Exception) { 
    throw (Exception) th; 
   } else { 
    throw new Exception(th); 
   } 
  } 
 } 
} 

從TaskCallable類的源代碼可以看出，只定義了一個(gè)Task類型的成員變量。下面主要分析TaskCallable類的call()方法。

當(dāng)程序的執(zhí)行進(jìn)入到call()方法時(shí)，首先將task對(duì)象的started屬性設(shè)置為true，表示任務(wù)已經(jīng)開(kāi)始，并且將任務(wù)的狀態(tài)依次設(shè)置為State.SCHEDULED和State.RUNNING，依次觸發(fā)任務(wù)的調(diào)度事件和運(yùn)行事件。如下所示。

task.started = true; 
task.runLater(() -> { 
 task.setState(State.SCHEDULED); 
 task.setState(State.RUNNING); 
}); 

接下來(lái)，在try代碼塊中執(zhí)行Task對(duì)象的call()方法，返回泛型對(duì)象。如果任務(wù)沒(méi)有被取消，則更新任務(wù)的緩存，將調(diào)用call()方法返回的泛型對(duì)象綁定到Task對(duì)象中的ObjectProperty對(duì)象中，其中，ObjectProperty在Task類中的定義如下。

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

接下來(lái)，將任務(wù)的狀態(tài)設(shè)置為成功狀態(tài)。如下所示。

try { 
 final V result = task.call(); 
 if (!task.isCancelled()) { 
  task.runLater(() -> { 
   task.updateValue(result); 
   task.setState(State.SUCCEEDED); 
  }); 
  return result; 
 } else { 
  return null; 
 } 
} 

如果程序拋出了異常或者錯(cuò)誤，會(huì)進(jìn)入catch()代碼塊，設(shè)置Task對(duì)象的Exception信息并將狀態(tài)設(shè)置為State.FAILED，也就是將任務(wù)標(biāo)記為失敗。接下來(lái)，判斷異?；蝈e(cuò)誤的類型，如果是Exception類型的異常，則直接強(qiáng)轉(zhuǎn)為Exception類型的異常并拋出。否則，將異?；蛘咤e(cuò)誤封裝為Exception對(duì)象并拋出，如下所示。

catch (final Throwable th) { 
 task.runLater(() -> { 
  task._setException(th); 
  task.setState(State.FAILED); 
 }); 
 if (th instanceof Exception) { 
  throw (Exception) th; 
 } else { 
  throw new Exception(th); 
 } 
} 

好了，今天就到這兒吧，大家學(xué)會(huì)了嗎?我是冰河，我們下期見(jiàn)~~

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