Callable和Future：实现有返回值的多线程

# 1. 引言

## 1.1 简介

在多线程编程中，任务的并行执行和获取结果是常见的需求。传统的Runnable接口只能执行任务，无法获取返回结果。为了解决这个问题，Java提供了Callable和Future接口，它们允许线程执行有返回值的任务，并且在任务执行完成后获取结果。

## 1.2 多线程编程的需求

随着计算机硬件的发展，多核处理器成为主流，多线程编程成为充分利用多核优势的重要手段。然而，多线程编程也伴随着一些挑战，例如线程同步、死锁、数据共享等问题。因此，为了提高并发处理能力，需要一些方便、高效的工具来支持多线程编程。

## 1.3 Callable和Future的概述

Callable和Future是Java提供的用于支持多线程编程的两个重要接口。Callable接口允许任务返回结果，Future接口则代表一个未完成的任务，提供了方法来检查任务是否完成，等待任务完成以及获取任务执行结果等功能。它们使得多线程编程更加灵活，便于并发任务的管理和结果的处理。
### 2. 理解Callable接口

在多线程编程中，我们经常会使用到Callable接口来实现有返回值的任务。本章我们将深入理解Callable接口的定义、与Runnable的区别以及实现Callable接口的方式。
### 3. 理解Future接口

Future接口是Java中用来表示异步计算结果的接口，它提供了对计算状态的控制和访问。在多线程编程中，Future接口可以用来表示一个异步任务的执行状态，以及获取任务执行结果。接下来，我们将深入理解Future接口的定义、作用和状态。

#### 3.1 Future接口的定义

在Java中，Future接口用来表示异步计算的结果。它的定义如下：

public interface Future<V> {
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    boolean isCancelled();
    boolean isDone();
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

Future接口定义了五个方法，分别用来取消任务、判断任务是否被取消、判断任务是否已完成、获取任务的执行结果（带超时参数）、获取任务的执行结果（不带超时参数）。这些方法提供了对异步任务状态的控制和访问。

#### 3.2 Future的作用和特点

Future接口的作用主要有两个方面：一是可以异步获取任务的执行结果；二是可以对任务的执行状态进行控制和管理。其特点包括：

- 可以异步获取任务的执行结果，使得任务的执行与结果的获取可以同时进行，提高了任务执行的效率。
- 可以通过Future对象对任务的执行状态进行控制和管理，如取消任务、判断任务是否完成等。

#### 3.3 Future的状态和方法

在Future接口中，任务的执行状态可以分为三种：

1. **任务等待执行**：此时任务已经提交但还未开始执行，此时isDone()返回false。
2. **任务执行中**：此时任务正在执行，可能处于等待状态或运行状态，isDone()返回false。
3. **任务执行完成**：此时任务已经执行完成，isDone()返回true。

除了状态判断方法之外，Future接口还提供了cancel方法用来取消任务的执行，以及get方法用来获取任务的执行