Java多线程编程中Future模式的详解

Java多线程编程中，常用的多线程设计模式包括：Future模式、Master-Worker模式、Guarded Suspeionsion模式、不变模式和生产者-消费者模式等。这篇文章主要讲述Future模式，关于其他多线程设计模式的地址如下：
关于其他多线程设计模式的地址如下：
关于Master-Worker模式的详解： Java多线程编程中Master-Worker模式的详解
关于Guarded Suspeionsion模式的详解： Java多线程编程中Guarded Suspeionsion模式的详解
关于不变模式的详解： Java多线程编程中不变模式的详解
关于生产者-消费者模式的详解：生产者-消费者模式Java详解

1. Future模式核心思想

Future模式的核心在于：去除了主函数的等待时间，并使得原本需要等待的时间段可以用于处理其他业务逻辑（根据《Java程序性能优化》）。

Future模式有点类似于商品订单。在网上购物时，提交订单后，在收货的这段时间里无需一直在家里等候，可以先干别的事情。类推到程序设计中时，当提交请求时，期望得到答复时，如果这个答复可能很慢。传统的时一直等待到这个答复收到时再去做别的事情，但如果利用Future设计模式就无需等待答复的到来，在等待答复的过程中可以干其他事情。

例如如下的请求调用过程时序图。当call请求发出时，需要很长的时间才能返回。左边的图需要一直等待，等返回数据后才能继续其他操作；而右边的Future模式的图中客户端则无需等到可以做其他的事情。服务器段接收到请求后立即返回结果给客户端，这个结果并不是真实的结果（是虚拟的结果），也就是先获得一个假数据，然后执行其他操作。

2. Future模式Java实现

Client的实现

Client主要完成的功能包括：1. 返回一个FutureData；2.开启一个线程用于构造RealData。

public class Client {public Data request(final String string) {final FutureData futureData = new FutureData();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//RealData的构建很慢，所以放在单独的线程中运行RealData realData = new RealData(string);futureData.setRealData(realData);}}).start();return futureData; //先直接返回FutureData}}

Data的实现

无论是FutureData还是RealData都实现该接口。

public interface Data {String getResult() throws InterruptedException;}

FutureData的实现

FutureData是Future模式的关键，它实际上是真实数据RealData的代理，封装了获取RealData的等待过程。

//FutureData是Future模式的关键，它实际上是真实数据RealData的代理，封装了获取RealData的等待过程public class FutureData implements Data {RealData realData = null; //FutureData是RealData的封装boolean isReady = false;  //是否已经准备好public synchronized void setRealData(RealData realData) {if(isReady)return;this.realData = realData;isReady = true;notifyAll(); //RealData已经被注入到FutureData中了，通知getResult()方法}@Overridepublic synchronized String getResult() throws InterruptedException {if(!isReady) {wait(); //一直等到RealData注入到FutureData中}return realData.getResult(); }}

RealData的实现

RealData是最终需要使用的数据，它的构造函数很慢。

public class RealData implements Data {protected String data;public RealData(String data) {//利用sleep方法来表示RealData构造过程是非常缓慢的try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}this.data = data;}@Overridepublic String getResult() {return data;}}

测试运行

主函数主要负责调用Client发起请求，并使用返回的数据。

public class Application {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Client client = new Client();//这里会立即返回，因为获取的是FutureData，而非RealDataData data = client.request("name");//这里可以用一个sleep代替对其他业务逻辑的处理//在处理这些业务逻辑过程中，RealData也正在创建，从而充分了利用等待时间Thread.sleep(2000);//使用真实数据System.out.println("数据="+data.getResult());}}

3. Future模式的JDK内置实现

由于Future是非常常用的多线程设计模式，因此在JDK中内置了Future模式的实现。这些类在java.util.concurrent包里面。其中最为重要的是FutureTask类，它实现了Runnable接口，作为单独的线程运行。在其run()方法中，通过Sync内部类调用Callable接口，并维护Callable接口的返回对象。当使用FutureTask.get()方法时，将返回Callable接口的返回对象。同样，针对上述的实例，如果使用JDK自带的实现，则需要作如下调整。

首先，Data接口和FutureData就不需要了，JDK帮我们实现了。

其次，RealData改为这样：

import java.util.concurrent.Callable;public class RealData implements Callable {protected String data;public RealData(String data) {this.data = data;}@Overridepublic String call() throws Exception {//利用sleep方法来表示真是业务是非常缓慢的try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}return data;}}

最后，在测试运行时，这样调用：

import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.FutureTask;public class Application {public static void main(String[] args) throws Exception {FutureTask futureTask = new FutureTask(new RealData("name"));ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1); //使用线程池//执行FutureTask，相当于上例中的client.request("name")发送请求executor.submit(futureTask);//这里可以用一个sleep代替对其他业务逻辑的处理//在处理这些业务逻辑过程中，RealData也正在创建，从而充分了利用等待时间Thread.sleep(2000);//使用真实数据//如果call()没有执行完成依然会等待System.out.println("数据=" + futureTask.get());}}