多线程设计模式-Future模式

[原文地址] (http://www.2cto.com/kf/201411/351903.html)

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。

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
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结果），也就是先获得一个假数据，然后执行其他操作。

Client的实现

public class Client {
public Data request(final String string) {
final FutureData futureData = new FutureData();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public 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接口的实现

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。

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
}

@Override
public 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) {

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

}
}

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

public class RealDataByJDK implements Callable<String> {
protected String data;
public RealDataByJDK(String data) {
this.data = data;
}
@Override
public 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*60);
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return data;
}

}

测试运行主函数，并使用返回的数据。

public class ApplicationJDKTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(new RealDataByJDK("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());
}
}