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深入理解[Future模式]原理与技术

1.Future模式

Future模式和多线程技术密切相关,可以说是利用多线程技术优化程序的一个实例。

在程序设计中,当某一段程序提交了一个请求,期望得到一个答复。但非常不幸的是,服务程序对这个请求的处理可能比较慢,比如,这个请求可能是通过互联网、HTTP或者Web Service等并不高效的方式调用的。在传统的单线程环境下,调用函数是同步的,也就是说它必须等到服务程序返回结束后,才能进行其他处理。而在Future模式下,调用方式改为异步的,而原先等待返回的时间段,在主调用函数中,则可能用于处理其它事务。示例程序:

(1)Main方法的实现

main方法主要负责调用Client发起请求,并使用返回的数据:

public class Future { public static void main(String[] args) { Client client = new Client(); Data data = client.request("name"); System.out.println("请求完毕 "+System.currentTimeMillis()); //...这里做一些其它任务 System.out.println("数据:"+data.getResult()); System.out.println("获取完毕 "+System.currentTimeMillis()); }}

(2)Client的实现

client主要实现了获取FutureData,开启构造RealData的线程,并在接受请求后,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的实现

Data是一个接口,提供了getResult()方法。

public interface Data { String getResult();}

(4)FutureData的实现

FutureData 实现了一个快速返回的RealData 包装。它只是一个包装,或者说是一个RealData 的虚拟实现 。因此,它可以很快被构造并返回。当使用FutureData的getResult()方法时,程序会阻塞,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(); //通知所有等待的线程继续运行 } @Override synchronized public String getResult() { while (!isReady){ try { System.out.print("...waiting..."); wait(); //使当前线程在此处进行等待,直到被通知后继续运行 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } return realData.result; }}

(5)RealData 的实现

RealData 是最终需要使用的数据模型,它的构造很慢。在这里,使用sleep()函数模拟这个过程。

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; }}

运行结果:

请求完毕 1537520554813...waiting...数据:[name]获取完毕 1537520555890

程序运行的流程是Main线程去获取数据,但是数据还在处理中,于是Main线程进入等待状态,当数据处理完并通知等待所有等待的线程之后,Main线程得以继续运行下去。

2.JDK的内置实现

Future模式如此常用,以至于在JDK的并发包中,就已经内置了一种Future模式的实现了。

示例程序:

public class RealData implements Callable<String> { private String para; public RealData(String para) { this.para = para; } @Override public String call() throws Exception { //这里是真实的业务逻辑 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "["+para+"]"; } public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { //传入RealData到FutureTask FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(new RealData("name")); //创建一个线程池 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1); //在这里开启线程执行RealData的call()方法 executorService.submit(futureTask); System.out.println("请求完毕 "+System.currentTimeMillis()); //...这里进行一些其它操作 System.out.println("数据:"+futureTask.get()); System.out.println("获取完毕 "+System.currentTimeMillis()); //启动一个有序的关闭,之前提交的任务将被执行,但是不会接受新的任务。 executorService.shutdown(); } }

运行结果:

请求完毕 1537521833970数据:[name]获取完毕 1537521834977

Callable接口是一个用户自定义实现的接口。在应用程序中,通过实现Callable接口的call()方法,指定FutureTask的实际内容和返回对象。

Future接口提供的线程控制功能有:

//取消任务boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)//是否已经取消boolean isCancelled()//是否已经完成boolean isDone()//取得返回对象V get() throws InterruptedException, ExecutionException//取得返回对象,可以设置超时时间V get(long timeout, TimeUnit unit)

总结

Future模式的核心在于去除了主函数中的等待时间,并使得原来需要等待的时间段可以用于处理其他的业务逻辑,从而充分利用计算机资源。