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FutureTask中的outcome字段是如何保证可见性的？

news 2025/9/13 0:17:20

最近在阅读FutureTask的源码是发现了一个问题那就是源码中封装结果的字段并没有使用volatile修饰，源码如下：

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {/*** 状态变化路径* Possible state transitions:* NEW -> COMPLETING -> NORMAL* NEW -> COMPLETING -> EXCEPTIONAL* NEW -> CANCELLED* NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED*/private static final int NEW          = 0;private static final int COMPLETING   = 1;// 完成中private static final int NORMAL       = 2;// 正常结束// 异常private static final int EXCEPTIONAL  = 3;// 取消任务private static final int CANCELLED    = 4;// 中断任务private static final int INTERRUPTING = 5;// 被中断的private static final int INTERRUPTED  = 6;// 任务执行状态private volatile int state;// 待执行的任务private Callable<V> callable;// 封装的结果，或则执行的异常private Object outcome; // non-volatile, protected by state reads/writes// 执行当前任务的线程 通过CAS来设置private volatile Thread runner;// 所有等待获取执行结果的线程，被封装为一个链表数据结构private volatile WaitNode waiters;
}

我们看到state字段是volatile修改的，但是outcome字段并没有volatile修饰。

继续看下这两个字段如何设置值的：

// 1. 正常结束设置结果
protected void set(V v) {// 设置状态为完成中if (UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, NEW, COMPLETING)) {// 设置结果outcome = v;// 设置状态为正常结束UNSAFE.putOrderedInt(this, stateOffset, NORMAL); // final state// 后续事宜：唤醒等待的线程，调用done()方法finishCompletion();}
}// 不带超时时间
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {int s = state;// 状态小于等于完成中...(NEW,COMPLETING)if (s <= COMPLETING)// 等待s = awaitDone(false, 0L);// return report(s);
}

咋一看，好像看不出什么名堂，这里能清楚得出结论的是state字段在get()方法中是可见的。

但是，outcome字段并没有volatile修饰，不能直接得出outcome字段在get()方法中也是可见的这样的结论。

happen-before

要搞清楚这个问题，我们首先来复习下volatile关键字的作用：

Happens-Before原则：前面一个操作的结果对后续操作是可见的。

Happens-Before原则约束了编译器的优化行为，虽允许编译器优化，但是要求编译器优化后一定遵守Happens-Before原则。即使编译器进行指令重排序的优化，如果结果和重排序前一致，也是允许的。

java1.5之后，通过happen-before原则增强了volatile关键词。volatile关键词是轻量的实现线程安全的方法，保证了volatile变量的有序性和可见性。

可见性保证

当写 volatile 变量时，JMM 会立即把该线程对应的本地内存中的共享变量值刷新到主内存。

当读 volatile 变量时，JMM 会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将从主内存中读取共享变量。

volatile 保证内存可见性，其实是用到了 CPU 保证缓存一致性的 MESI 协议。当某线程对 volatile 变量的修改会立即回写到主存中，并且导致其他线程的缓存失效，强制其他线程再使用变量时，需要从主存中读取。

编译器有以下规则：

在每个volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障

在每个volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障

在每个volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障

在每个volatile读操作的后面插入一个LoadStore屏障

接下来我们来分析案例，对于如下代码：

private volatile int state;
private Object outcome;public void set(Object v){if(state == NEW){     // 1outcome = v;            // 2state = DONE;            // 3}
}public void get(){if(state == DONE){            // 4return outcome;            // 5}return null;
}

根据volatile的happen-before原则，2对3是可见的，同时4对5是可见的，并且3对4是可见的，那么根据传递性： 2 < 3 < 4 < 5，我们不难得出，2 < 5成立，即2对5可见。

这里还有个问题就是多线程调用set()方法情况下存在竞争，我们继续改进set()方法。

private volatile int state;
private Object outcome;public void set(Object v){if(compareAndSet(state,NEW,DONE)){     // 1outcome = v;                       // 2}
}
public void get(){if(state == DONE){            // 4return outcome;           // 5}return null;
}

这里解决了修改state字段的原子性，但是并不能保证刚才的2对5可见了，因为这里满足1对2可见，4对5可见，同时1对4可见，这里我们没法办推到出2对5可见。

继续修改，为了保证2对5的可见性，我们还是得保留3这一行代码。

那么我们完全可以增加一个中间临时变量TMP，代码就改成这样：

private volatile int state;
private Object outcome;public void set(Object v){if(compareAndSet(state,NEW,TMP)){   // 1outcome = v;                    // 2state = DONE;                   // 3}
}public void get(){if(state == DONE){            // 4return outcome;            // 5}return null;
}

这样我们既保证了设置state字段的原子性，同时保证了outcome字段对get()方法的可见性。

这完全就是FutureTask中outcome的实现逻辑，所以我们已经正确分析了outcome为什么可以不加volatile关键字，也能保证可见性的原因。

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http://www.lryc.cn/news/36630.html