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Java线程的返回值：使用Callable与Future

在Java中，线程是实现并发编程的基础。尽管我们通常会使用Runnable接口来定义一个线程的行为，但它并没有提供直接的返回值。这对于需要线程计算结果的场景而言，不免显得有些不够灵活。为了解决这一问题，Java引入了Callable和Future接口，允许我们在多线程中获取计算的结果。

1. 什么是Callable？

Callable接口功能类似于Runnable接口，但其返回值与异常处理机制更为强大。Callable接口的方法call()可以返回一个值，并可以抛出受检异常。这使得Callable在进行复杂计算时更加灵活。

以下是Callable接口的基本定义：

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

2. 什么是Future？

Future接口用于表示异步计算的结果。调用Callable后，你可以获得一个Future对象，随后可以通过这个对象来查询计算的状态、获取结果或取消执行。

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

3. 使用Callable和Future的基本示例

下面我们通过一个简单的示例，演示如何使用Callable与Future在Java中实现带有返回值的线程操作。

示例代码

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

public class CallableFutureExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        // 创建Callable任务
        Callable<Integer> task = () -> {
            System.out.println("计算中...");
            // 模拟复杂计算
            Thread.sleep(2000);
            return 42; // 返回结果
        };

        // 提交任务并得到Future对象
        Future<Integer> future = executorService.submit(task);
        
        try {
            // 获取计算结果，若未完成则阻塞
            Integer result = future.get(); 
            System.out.println("计算结果: " + result);
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            executorService.shutdown(); // 关闭线程池
        }
    }
}

在这个示例中，主线程提交了一个计算任务，并使用Future.get()方法获取计算的结果。在任务完成之前，主线程会阻塞，直到结果可用。

4. 线程状态图

使用Java线程时，我们应该对线程的生命周期有一个清晰的了解。下面是线程状态的状态图，描述了线程从创建到终止的不同状态。

stateDiagram
    [*] --> 新建
    新建 --> 就绪: start()
    就绪 --> 运行: 线程调度
    运行 --> 等待: wait(), sleep(), join()
    等待 --> 就绪: notify(), wakeup
    运行 --> 阻塞: IO操作
    阻塞 --> 就绪: IO完成
    运行 --> 终止: run()方法结束

在状态图中，我们可以看到线程经历的新建、就绪、运行、等待、阻塞以及终止等几个状态，这些状态反映了线程的使用和管理逻辑。