Java同步工具类——FutureTask

本文内容来自《Java并发编程实战》

FutureTask也可以用作闭锁。（FutureTask实现了Future语义，表示一种抽象的可生成结果的计算。FutureTask表示的计算是通过Callable来实现的，相当于一种可生成结果的Runnable，并且可以处于以下3种状态：等待运行（Waiting to run），正在运行（Running）和运行完成（Completed）。”执行完成”表示计算的所有可能结束方式，包括正常结束、由于取消而结束和由于异常而结束等。当FutureTask进入完成状态后，它会停止在这个状态上。

Future.get的行为取决于任务的状态。如果任务已经完成，那么get会立即返回结果，否则get将阻塞知道任务进入完成状态，然后返回结果或者抛出异常。FutureTask将计算结果从执行计算的线程到获取这个结果的线程，而FutureTask的规范确保了这种传递过程能实现结果的安全发布。

我们通过一个不断完善的例子来看看FutureTask的魅力

在下面的代码清单中,Computable(A, V)接口声明了一个函数Computable,其输入的类型为A，输出类型为V。在ExpensiveFunction中实现的Computablle，需要很长的时间来计算结果，我们将创建一个Computable包装器，帮助记住之前的计算结果，并将缓存过程封装起来
代码[初始化缓存]:

public interface Computable<A, V> {    V compute(A arg) throws InterruptedException;}

public class ExpensiveFunction implements Computable<String, BigInteger> {    @Override    public BigInteger compute(String arg) throws InterruptedException {        return new BigInteger(arg);    }}

public class Memoizer1<A, V> implements Computable<A, V> {    private final Map<A, V> cache = new HashMap<A, V>();    private final Computable<A, V> c;    public Memoizer1(Computable<A, V> c) {        this.c = c;    }    @Override    public synchronized V compute(A arg) throws InterruptedException {        V result = cache.get(arg);        if(result == null) {            result = c.compute(arg);            cache.put(arg, result);        }        return result;    }}

我们使用synchronized来确保不会有两个线程同时访问HashMap，但是这也导致了Memoizer1糟糕的并发性。

下面我们用ConcurrentHashmap替换HashMap

public class Memoizer2<A, V> implements Computable<A, V> {    private final Map<A, V> cache = new ConcurrentHashMap<A, V>();    private final Computable<A, V> c;    public Memoizer2(Computable<A, V> c) {        this.c = c;    }    @Override    public synchronized V compute(A arg) throws InterruptedException {        V result = cache.get(arg);        if(result == null) {            result = c.compute(arg);            cache.put(arg, result);        }        return result;    }}

Memoizer2的问题在于可能有多个线程同时计算同一个值的结果[如果这个计算时间很长就会导致这个问题]。

现在我们用FutureTask来解决上面的问题

public class Memoizer3<A, V> implements Computable<A, V> {    private final Map<A, Future<V>> cache =             new ConcurrentHashMap<A, Future<V>>();    private final Computable<A, V> c;    public Memoizer3(Computable<A, V> c) {        this.c = c;    }    @Override    public V compute(A arg) throws InterruptedException {        Future<V> f = cache.get(arg);        if (f == null) {            Callable<V> eval = new Callable<V>() {                @Override                public V call() throws Exception {                    return c.compute(arg);                }            };            FutureTask<V> ft = new FutureTask<V>(eval);            f = ft;            cache.put(arg, ft);            ft.run(); //在这里将调用c.compute        }        try{            return f.get(); //        } catch (ExecutionException e) {        }        return null;    }}

这个代码仍然存在问题，因为复合操作（“若没有则添加”)是在底层的Map对象上执行的，而这个对象无法通过加锁来保证原子性。我们使用ConcurrenMap中的原子方法putIfAbsent,避免Memoizer3的漏洞。

import jdk.nashorn.internal.codegen.CompilerConstants;import java.util.Map;import java.util.concurrent.*;/** * Created by hms on 2017/4/12. */public class Memoizer3<A, V> implements Computable<A, V> {    private final Map<A, Future<V>> cache =            new ConcurrentHashMap<A, Future<V>>();    private final Computable<A, V> c;    public Memoizer3(Computable<A, V> c) {        this.c = c;    }    @Override    public V compute(A arg) throws InterruptedException {        Future<V> f = cache.get(arg);        if (f == null) {            Callable<V> eval = new Callable<V>() {                @Override                public V call() throws Exception {                    return c.compute(arg);                }            };            FutureTask<V> ft = new FutureTask<V>(eval);            f = cache.putIfAbsent(arg, ft);            if(f==null) {                f = ft;                ft.run(); //在这里将调用c.compute            }        }        try{            return f.get(); //        }        catch (CancellationException e) {            cache.remove(arg, f);        } catch (ExecutionException e) {            e.printStackTrace();        }        return null;    }}