第2关：使用 callable 和 future 创建线程

### 回答1：
可以使用 Python 的 concurrent.futures 库中的 ThreadPoolExecutor 类来使用 callable 和 future 创建线程。首先,需要创建一个 ThreadPoolExecutor 实例,然后使用 submit() 方法将 callable 包装在一个 future 对象中并提交给线程池执行。例如:

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor

def my_function():
    # do something

executor = ThreadPoolExecutor()
future = executor.submit(my_function)

# do other things

result = future.result() # block until the function is complete and return the result

在这种情况下, `my_function` 将在另一个线程中运行,并且可以使用 `future.result()` 来阻塞等待结果并获取返回值。

### 回答2：
使用 callable 和 future 创建线程的主要目的是为了充分利用多核 CPU 的能力，加速程序的执行速度。

Callable 是一个接口，通常用于表示一个可调用的对象，即一个函数或者一个方法。通过实现 Callable 接口，并重写 call() 方法来创建一个可调用对象。Future 是一个接口，用于表示一个异步计算的结果，它有三种状态：正在进行、已经完成、已经取消。

Callable 和 Future 结合使用，可以实现异步执行一个任务的功能，即先向线程池提交一个 Callable 对象，线程池会为该对象分配一个执行线程，并返回一个 Future 对象。通过调用 Future 对象的 get() 方法，可以等待该计算完成，从而获取返回值。

使用 Callable 和 Future 创建线程的步骤如下：

1. 创建一个 Callable 对象，并实现 call() 方法，该方法返回一个值。
2. 创建一个 ExecutorService 对象，该对象维护着一个线程池。
3. 向线程池提交 Callable 对象，该方法会返回一个 Future 对象。
4. 通过调用 Future 对象的 get() 方法，可以等待 Callable 对象执行完毕，并获取返回值。

例如，下面的代码创建了一个 Callable 对象，并通过 ExecutorService 对象将其提交到线程池中执行，然后通过 Future 对象获取执行的结果：

import java.util.concurrent.*;

public class CallableDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建一个 Callable 对象
        Callable<String> task = () -> {
            System.out.println("Task is running...");
            Thread.sleep(5000); // 模拟一个耗时的操作
            return "Hello, World!";
        };
        // 创建一个 ExecutorService 对象
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
        // 向线程池提交 Callable 对象，并返回一个 Future 对象
        Future<String> future = executor.submit(task);
        // 等待任务执行完毕，并获取执行的结果
        String result = future.get();
        System.out.println(result);
        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }
}

上述代码创建了一个 Callable 对象 task，该对象模拟了一个耗时的操作，然后创建了一个 ExecutorService 对象 executor，该对象维护着一个固定大小为 1 的线程池。接着，向线程池提交 Callable 对象 task，并返回一个 Future 对象 future。最后，通过调用 Future 对象的 get() 方法等待 Callable 对象 task 执行完毕，并获取执行的结果 result。最后，关闭线程池 executor。

### 回答3：
使用callable和future创建线程，可以让我们更加灵活地管理线程池和多线程任务。相比于直接使用Thread类创建线程，使用callable可以让我们定义更加灵活的任务，callable既可以返回结果，也可以抛出异常。而使用Future则可以让我们更好地掌控线程的执行状态，比如可以查询某个任务是否已经完成，可以等待某个任务的完成。下面，我将进一步介绍callable和future的用法。

首先，我们需要了解什么是callable。callable是一个接口，其中包含一个call()方法，call()方法包含了要执行的任务。我们可以使用callable创建一个实现了该接口的类的实例，从而将任务封装起来，以便于将该任务提交给线程池执行。创建callable的基本语法如下：

class MyCallable implements Callable<Integer> {
    public Integer call() throws Exception {
        // 在这里编写任务代码
    }
}

Callable<Integer> callable = new MyCallable();

上面的代码中，我们创建了一个实现了Callable接口的类MyCallable，该类包含了任务代码，可以返回一个Integer类型的结果。然后，我们创建了一个callable对象，该对象将用于将任务提交给线程池。

接下来，我们需要介绍future。future实现了Future接口，表示一个异步的计算结果。当我们将一个任务提交给线程池执行时，会返回一个Future对象，我们可以通过该对象来监控任务的执行状态，等待任务的完成，并获取任务的结果。创建Future对象的基本语法如下：

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
Future<Integer> future = executor.submit(callable);

上面的代码中，我们创建了一个线程池executor，将callable对象提交给线程池，并返回了一个future对象，该对象表示了可调用对象的计算结果。

最后，我们需要了解如何使用Future对象监控任务的执行状态和获取结果。Future对象提供了一些方法，可以用于查询任务的执行状态和获取任务的结果。常用的方法包括：

1. isDone()：查询任务是否已经完成；
2. get()：等待任务完成，并获取任务的结果，如果任务抛出异常，则该方法将会重新抛出该异常。

完整代码如下：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

public class CallableFutureDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建可调用对象
        Callable<Integer> callable = new MyCallable();
        
        // 创建线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
        
        // 提交任务并获取Future对象
        Future<Integer> future = executor.submit(callable);
        
        // 查询任务状态
        while (!future.isDone()) {
            System.out.println("任务未完成，等待1秒...");
            Thread.sleep(1000);
        }
        
        // 获取任务结果
        Integer result = future.get();
        System.out.println("任务结果：" + result);
        
        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }
}

class MyCallable implements Callable<Integer> {
    public Integer call() throws Exception {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始执行任务...");
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "完成任务.");
        return 100;
    }
}

上面的代码中，我们创建了一个可调用对象MyCallable，并且将该对象提交给了一个线程池executor。然后，我们使用了一个while循环，来等待任务完成。一旦任务完成，我们使用future.get()方法获取了任务的结果，并打印了结果。最后，我们调用了executor.shutdown()方法关闭了线程池。

使用callable和future创建线程，可以让我们更加灵活地管理线程池和多线程任务，可以有效提高程序的并发效率和性能。如果需要使用多线程实现异步的任务执行，可以考虑使用callable和future。