深入理解「Future模式」原理與技術

作者：像風一樣i
來源：https://www.cnblogs.com/yueshutong/p/9687662.html
 

1.Future模式

Future模式和多線程技術密切相關，可以說是利用多線程技術優化程序的一個實例。

在程序設計中，當某一段程序提交了一個請求，期望得到一個答覆。但非常不幸的是，服務程序對這個請求的處理可能比較慢，比如，這個請求可能是通過互聯網、HTTP或者Web Service等並不高效的方式調用的。在傳統的單線程環境下，調用函數是同步的，也就是說它必須等到服務程序返回結束後，才能進行其他處理。而在Future模式下，調用方式改為異步的，而原先等待返回的時間段，在主調用函數中，則可能用於處理其它事務。下面我們嘗試實現這一功能：

1）Main方法的實現

main方法主要負責調用Client發起請求，並使用返回的數據：

public class Future {
 public static void main(String[] args) {
 Client client = new Client();
 Data data = client.request("name");
 System.out.println("請求完畢 "+System.currentTimeMillis());
 //...這裡做一些其它任務
 System.out.println("數據："+data.getResult());
 System.out.println("獲取完畢 "+System.currentTimeMillis());
 } 

}

2）Client的實現

client主要實現了獲取FutureData，開啟構造RealData的線程，並在接受請求後，很快的返回FutureData。

public class Client {
 public Data request(String queryStr){
 FutureData futureData = new FutureData();
 new Thread(new Runnable() {
 @Override
 public void run() {
 RealData realData = new RealData(queryStr);
 futureData.setRealData(realData);
 }
 }).start();
 return futureData;
 }
}

3）Data的實現

Data是一個接口，提供了getResult()方法。

public interface Data {
 String getResult();
}

4）FutureData的實現

FutureData 實現了一個快速返回的RealData 包裝。它只是一個包裝，或者說是一個RealData 的虛擬實現 。因此，它可以很快被構造並返回。當使用FutureData的getResult()方法時，程序會阻塞，等待RealData()被注入到程序中，才使用RealData的getResult()方法返回。

public class FutureData implements Data {
 private RealData realData = null; 

 private boolean isReady = false;
 synchronized public void setRealData(RealData realData){
 if (isReady){
 return;
 }
 this.realData = realData;
 isReady = true;
 notifyAll(); //通知所有等待的線程繼續運行
 }
 @Override
 synchronized public String getResult() {
 while (!isReady){
 try {
 System.out.print("...waiting...");
 wait(); //使當前線程在此處進行等待，直到被通知後繼續運行
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }
 return realData.result;
 }
}

5）RealData 的實現

RealData 是最終需要使用的數據模型，它的構造很慢。在這裡，使用sleep()函數模擬這個過程。

public class RealData implements Data {
 protected String result;
 public RealData(String para) {
 try {
 Thread.sleep(1000);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 result = "["+para+"]";
 }
 @Override
 public String getResult() {
 return result;
 }
} 

運行結果：

請求完畢 1537520554813
...waiting...
數據：[name]
獲取完畢 1537520555890

程序運行的流程是Main線程去獲取數據，但是數據還在處理中，於是Main線程進入等待狀態，當數據處理完並通知等待所有等待的線程之後，Main線程得以繼續運行下去。

2.JDK的內置實現

Future模式如此常用，以至於在JDK的併發包中，就已經內置了一種Future模式的實現了。

示例程序：

public class RealData implements Callable {
 private String para;
 public RealData(String para) {
 this.para = para;
 }
 @Override
 public String call() throws Exception {
 //這裡是真實的業務邏輯
 try {
 Thread.sleep(1000);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 return "["+para+"]";
 }
  

 public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
 //傳入RealData到FutureTask
 FutureTask futureTask = new FutureTask(new RealData("name"));
 //創建一個線程池
 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
 //在這裡開啟線程執行RealData的call()方法
 executorService.submit(futureTask);
 System.out.println("請求完畢 "+System.currentTimeMillis());
 //...這裡進行一些其它操作
 System.out.println("數據："+futureTask.get());
 System.out.println("獲取完畢 "+System.currentTimeMillis());
 //啟動一個有序的關閉，之前提交的任務將被執行，但是不會接受新的任務。
 executorService.shutdown();
 }
 
}

運行結果：

請求完畢 1537521833970
數據：[name]
獲取完畢 1537521834977

Callable接口是一個用戶自定義實現的接口。在應用程序中，通過實現Callable接口的call()方法，指定FutureTask的實際內容和返回對象。

Future接口提供的線程控制功能有：

//取消任務 

boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)
//是否已經取消
boolean isCancelled()
//是否已經完成
boolean isDone()
//取得返回對象
V get() throws InterruptedException, ExecutionException
//取得返回對象，可以設置超時時間
V get(long timeout, TimeUnit unit)

尾聲

Future模式的核心在於使用多線程技術去除了主函數中的等待時間，並使得原來需要等待的時間段可以用於處理其他的業務邏輯，從而充分利用計算機資源。

閱讀更多 javafirst 的文章

關鍵字: 異步 調用函數 程序設計