14.Java中的Future模式

jdk1.7.0_79 

　　本文實際上是對上文《13.ThreadPoolExecutor線程池之submit方法》的一個延續或者一個補充。在上文中提到的submit方法里出現了FutureTask，這不得不停止腳步將方向轉向Java的Future模式。

　　Future是並發編程中的一種設計模式，對於多線程來說，線程A需要等待線程B的結果，它沒必要一直等待B，可以先拿到一個未來的Future，等B有了結果后再取真實的結果。

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future<String> future = executor.submit(callable);    //主線程需要callable線程的結果，先拿到一個未來的Future
System.out.println(future.get());    //有了結果后再根據get方法取真實的結果,當然如果此時callable線程如果沒有執行完get方法會阻塞執行完，如果執行完則直接返回結果或拋出異常

 　　也就是說，Future它代表一個異步計算的結果。

　　上面就代表了Future模式的執行原理，根據網上的例子，我們可以來自己實現一個Future模式。

package com.future;

/**
 * 數據結果
 * Created by yulinfeng on 6/18/17.
 */
public interface Data {
    String getResult() throws InterruptedException;
}

package com.future;

/**
 * 結果的真實計算過程
 * Created by yulinfeng on 6/18/17.
 */
public class RealData implements Data {
    protected String data;

    public RealData(String data) {
        try {
            System.out.println("正在計算結果");
            Thread.sleep(3000);     //模擬計算
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.data = data + “ world”;
    }

    public String getResult() throws InterruptedException {
        return data;
    }
}

package com.future;

/**
 * 真實結果RealData的代理
 * Created by yulinfeng on 6/18/17.
 */
public class FutureData implements Data {
    RealData realData = null;   //對RealData的封裝，代理了RealData
    boolean isReady = false;    //真實結果是否已經准備好

    public synchronized void setResultData(RealData realData) {
        if (isReady) {
            return;
        }
        this.realData = realData;
        isReady = true;
        notifyAll();    //realData已經被注入到了futureData中，通知getResult方法
    }

    public synchronized String getResult() throws InterruptedException {
        if (!isReady) {
            wait();     //數據還未計算好，阻塞等待
        }
        return realData.getResult();
    }
}

package com.future;

/**
 * Client主要完成的功能包括：1. 返回一個FutureData；2.開啟一個線程用於構造RealData
 * Created by yulinfeng on 6/18/17.
 */
public class Client {

    public Data request(final String string) {
        final FutureData futureData = new FutureData();

        /*計算過程比較慢，單獨放到一個線程中去*/
        new Thread(new Runnable() {

            public void run() {
                RealData realData = new RealData(string);
                futureData.setResultData(realData);
            }
        }).start();

        return futureData;  //先返回一個“假”的futureData
    }
}

/**
 * 負責調用Client發起請求，並使用返回的數據。
 * Created by yulinfeng on 6/18/17.
 */
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Client client = new Client();
        System.out.println("准備計算結果");
        Data data = client.request("hello");    //立即返回一個“假”的futureData，可以不用阻塞的等待數據返回，轉而執行其它任務
        System.out.println("執行其它任務");
        Thread.sleep(3000);     //模擬執行其它任務
        System.out.println("數據的計算結果為：" + data.getResult());
    }
}

　　仔細閱讀以上程序對Future模式的實現不難發現，Future模式是異步請求和代理模式的結合。當然在JDK中已經為我們實現好了Future模式。

　　修改RealData類：

package com.future;

import java.util.concurrent.Callable;

/**
 * 結果的真實計算過程
 * Created by yulinfeng on 6/18/17.
 */
public class RealData2 implements Callable<String> {
    protected String data;

    public RealData2(String data) {
        this.data = data;
    }
    public String call() throws Exception {
        try {
            System.out.println("正在計算結果");
            Thread.sleep(2000);     //模擬計算結果
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.data = data + " world";
        return data;
    }
}

　　修改Main測試類：

package com.future;

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

/**
 * 負責調用Executor的submit，並使用返回的數據。
 * Created by yulinfeng on 6/18/17.
 */
public class Main2 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        ExecutorService client = Executors.newSingleThreadExecutor();   //類似Client
        System.out.println("准備計算結果");
        Future<String> data = client.submit(new RealData2("hello"));    //類似Client.request
        System.out.println("執行其它任務");
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("數據的計算結果為：" + data.get());
    }
}

　　現在回到上文還未解決完的AbstractExecutorService#submit方法。

　　類比上面的Client#request方法，在Client#request中先創建一個FutureData實例，而在AbstractExecutorService#submit中則是創建一個FutureTask實例，接着Client#request新創建一個線程用於異步執行任務，並直接返回FutureData，而在AbstractExecutorService#submit中同樣也將任務交給了execute方法，並直接返回FutureTask。當然JDK中Future模式的實現更為復雜。

　　在《12.ThreadPoolExecutor線程池原理及其execute方法》中我們講解了execute方法，在ThreadPoolExecutor$Worker#runWorker方法第1145行中是對task任務的調用：

//ThreadPoolExecutor$Worker#runWorker
task.run();

 　　submit調用execute以執行run方法，實際執行的是FutureTask中的run方法。在FutureTask#run中，可以看到對任務Callable類型的task異步的執行，以及結果的保存。