多线程异步调用之Future模式

Posted 2023-04-12

参考技术A

当我们调用一个函数的时候，如果这个函数的执行过程是很耗时的，我们就必须要等待，但是我们有时候并不急着要这个函数返回的结果。因此，我们可以让被调者立即返回，让他在后台慢慢的处理这个请求。对于调用者来说，则可以先处理一些其他事情，在真正需要数据的时候再去尝试获得需要的数据（这个真正需要数据的位置也就是上文提到的阻塞点）。这也是Future模式的核心思想：异步调用。

到了这里，你可能会想CountDownLatch不是也可以实现类似的功能的吗？也是可以让耗时的任务通过子线程的方式去执行，然后设置一个阻塞点等待返回的结果，情况貌似是这样的！但有时发现CountDownLatch只知道子线程的完成情况是不够的，如果在子线程完成后获取其计算的结果，那CountDownLatch就有些捉襟见衬了，所以JDK提供的Future类，不仅可以在子线程完成后收集其结果，还可以设定子线程的超时时间，避免主任务一直等待。

看到这里，似乎恍然大悟了！CountDownLatch无法很好的洞察子线程执行的结果，使用Future就可以完成这一操作，那么Future何方神圣！下边我们就细细聊一 下。

虽然，Future模式不会立即返回你需要的数据，但是，他会返回一个契约 ，以后在使用到数据的时候就可以通过这个契约获取到需要的数据。

上图显示的是一个串行程序调用的流程，可以看出当有一个程序执行的时候比较耗时的时候，其他程序必须等待该耗时操作的结束，这样的话客户端就必须一直等待，知道返回数据才执行其他的任务处理。

上图展示的是Future模式流程图，在广义的Future模式中，虽然获取数据是一个耗时的操作，但是服务程序不等数据完成就立即返回客户端一个伪造的数据（就是上述说的“契约”），实现了Future模式的客户端并不急于对其进行处理，而是先去处理其他业务，充分利用了等待的时间，这也是Future模式的核心所在，在完成了其他数据无关的任务之后，最后在使用返回比较慢的Future数据。这样在整个调用的过程中就不会出现长时间的等待，充分利用时间，从而提高系统效率。

1、Future主要角色

2、Future的核心结构图如下：

上述的流程就是说：Data为核心接口，这是客户端希望获取的数据，在Future模式中，这个Data接口有两个重要的实现，分别是：RealData和FutureData。RealData就是真实的数据，FutureData他是用来提取RealData真是数据的接口实现，用于立即返回得到的，他实际上是真实数据RealData的代理，封装了获取RealData的等待过程。

说了这些理论的东西，倒不如直接看代码来的直接些，请看代码！

主要包含以下5个类，对应着Future模式的主要角色：

1、Data接口

2、FutureData代码

3、RealData代码

4、Client代码

5、Main

6、执行结果：

上述实现了一个简单的Future模式的实现，因为这是一个很常用的模式，在JDK中也给我们提供了对应的方法和接口，先看一下实例：

这里的RealData 实现了Callable接口，重写了call方法，在call方法里边实现了构造真实数据耗时的操作。

执行结果：

上述代码，通过：FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new RealData("Hello")); 这一行构造了一个futureTask 对象，表示这个任务是有返回值的，返回类型为String，下边看一下FutureTask的类图关系：

FutureTask实现了RunnableFuture接口，RunnableFuture接口继承了Future和Runnable接口。因为RunnableFuture实现了Runnable接口，因此FutureTask可以提交给Executor进行执行，FutureTask有两个构造方法，如下：

构造方法1，参数为Callable：

构造方法2，参数为Runnable：

上述的第二个构造方法，传入的是Runnable接口的话，会通过Executors.callable（）方法转化为Callable，适配过程如下：

这里为什么要将Runnable转化为Callable哪？首先看一下两者之间的区别：

最关键的是第二点，就是Callable具有返回值，而Runnable没有返回值。Callable提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并获取计算的结果。

计算完成后只能使用 get 方法来获取结果，如果线程没有执行完，Future.get()方法可能会阻塞当前线程的执行；如果线程出现异常，Future.get()会throws InterruptedException或者ExecutionException；如果线程已经取消，会抛出CancellationException。取消由cancel 方法来执行。isDone确定任务是正常完成还是被取消了。

多线程之Future模式

　　对于多线程，当A线程需要获得B线程的处理结果，而B线程处理业务需要很长时间，这时候A线程如果一直等待B线程的处理结果，线程A才能继续往下执行代码，这种方式在效率不是很好。所以，这种场景可以使用多线程的Future模式。

　　Future模式，就是当A线程需要B线程的处理结果，启动B线程，然后A线程继续往下走，而不必一直等待B线程的结果，当A线程需要用到B线程的结果时候再去获取结果，如果B线程还没处理好业务逻辑，则A线程一直处于阻塞状态。直到B线程处理完成。下面总结一下Future模式的实现方式。

　　首先客户端向服务器请求，但是这个资源的创建是非常耗时的，这种情况下，首先返回Client一个FutureSubject,以满足客户端的需求，同时，Future会通过另外一个Thread 去构造一个真正的资源，资源准备完毕之后，在给future一个通知。如果客户端急于获取这个真正的资源，那么就会阻塞客户端的其他所有线程，等待资源准备完毕。

　　公共数据接口，FutureData和RealData都要实现

public interface Data {

    public abstract String getConent();
}

public class FutureData implements Data{

    private RealData realData;
    
    private boolean isReady=false;
    
　　//进行真实数据的装载
    public synchronized void setRealData(RealData realData){
        if(isReady) return;
        isReady=true;
        this.realData=realData;
        notify();
    }
    //如果业务还没处理完成,则进入阻塞状态
    public synchronized String getConent() {
        while(!isReady){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
　　　　//业务逻辑处理完成,直接返回真实结果
        return this.realData.getConent();
    }

}

public class RealData implements Data{

    private String result;
    //真正处理业务逻辑的方法
    public RealData(String queryStr){
        System.out.println("这是一个很耗时的请求...");
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } 
        catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("操作完毕，获取结果");
        result="查询结果";
    }
    
    public String getConent() {

        return result;
    }

}

public class FutureClient {
    //处理客户端的请求
    public Data request(final String queryStr){
　　　　 
        final FutureData futureDate =new FutureData();
　　　　 //开启一个新的线程去处理复杂的业务逻辑
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                RealData realData=new RealData(queryStr);
　　　　　　　　　//处理完成对数据进行装载
                futureDate.setRealData(realData);
            }
        }).start();
　　　　 //返回给客户端
        return futureDate;
    }
}

public class TestFuture {

    public static void main(String[]args){
        FutureClient fc=new FutureClient();
        Data data=fc.request("查询条件..");
        System.out.println("请求发送成功!");
        System.out.println("做其他的事情...");
        String result = data.getConent();
        System.out.println(result);
        
    }
}

　　在JDK1.5 Concurrent 中，提供了这种Callable和Future。Callable产生结果，Future拿到结果。 代码如下：

public class Task implements Callable<String> {

    public String call() throws Exception {

        Thread.sleep(5000);
        
        return "Hello Future";
    }
}

　　首先处理业务逻辑的类必须实现Callable接口，他与runable接口的区别是，runable接口重写的Run方法没有返回值，而Callable接口可以定义返回值。

public class FutureDemo {

    public static void main(String[]args) throws InterruptedException, ExecutionException{
        
         System.out.println("已经提交资源申请");
         
         ExecutorService executor=Executors.newCachedThreadPool();
         
         Task task =new Task();
         
         Future<String> future=executor.submit(task);
         
         System.out.println("继续做其他事情...");
         
         if(!future.isDone()){
             System.out.println("任务还没处理完成.."); 
         }
         System.out.println("获取返回结果:"+future.get());
         
         if(future.isDone()){
             System.out.println("任务处理完成"); 
         }
         executor.shutdown();
    }
}

　　使用线程池 ExecutorService executor=Executors.newCachedThreadPool()，调用submit方法开启线程，submit方法与executor方法的区别是，submit可以传入实现Callable或者runable接口类型的参数，而executor只可以传入实现runable接口类型的参数。