Java异步编程Future应用

Posted 2022-07-15 赵广陆

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java异步编程Future应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1 Future接口介绍

此时有的人会说，对于任务并行需求，直接通过多线程实现不就可以了，要注意，对于多线程的实现，java提供了三种方式：继承Thread类、实现Runnable接口和实现Callable接口。
但是业务代码在执行时会考虑执行顺序的问题，直接基于这些方式实现多线程会出现两个问题：
1）要想控制线程执行顺序，会通过join()等待线程结束，那这样的话又回归到了阻塞式调用的思路上，违背了并行的需求。另外还可以通过wait()、notify()、notifyAll()结合状态变量实现，但实现起来过于复杂。
2）线程执行完之后，要想获取线程执行结果，还要用过共享变量或线程间通信等方式来获取，同样过于复杂。为了解决上述问题，Java5中推出了Future，其初衷就是用于构建复杂并行操作。内部方法在返回时，不是返回一个值，而是返回Future对象。其本质是在执行主业务的同时，异步的执行其他分业务，从而利用原本需要同步执行时的等待时间去执行其他的业务，当需要获取其结果时，再进行获取。

Java官网对于Future的描述：

Future表示异步计算的结果。提供了一些方法来检查计算是否完成，等待其完成以及检索计算结果。只有在计算完成后才可以使用get方法检索结果，必要时将其阻塞，直到准备就绪为止。取消通过cancel方法执行。提供了其他方法来确定任务是正常完成还是被取消。一旦计算完成，就不能取消计算。

在Future接口中有五个抽象方法：

cancel()：取消任务, 取消成功返回true；入参mayInterruptIfRunning表示是否允许取消正在执行中的任务。

isCancelled()：返回布尔值，代表是否取消成功。

isDone()：返回布尔值，代表是否执行完毕。

get()：返回Future对象，获取执行结果，如果任务没有完成会阻塞到任务完成再返回。

2 Future应用

Future的使用通常需要配合ExecutorService和Callable一起
使用，使用示例如下：

public class FutureAsyncDemo 
  static Random random = new Random();
  static ExecutorService executor =
Executors.newCachedThreadPool();
  //接收文章名称，获取并计算文章分数
  public static int getArticleScore(String
aname)
    Future<Integer> futureA =
executor.submit(new
CalculateArticleScoreA());
    Future<Integer> futureB =
executor.submit(new
CalculateArticleScoreA());
    Future<Integer> futureC =
executor.submit(new
CalculateArticleScoreA());
    doSomeThingElse();
    Integer a = null;
    try 
      a = futureA.get();
    catch (InterruptedException e) 
      futureA.cancel(true);
      e.printStackTrace();
    catch (ExecutionException e) 
      futureA.cancel(true);
       e.printStackTrace();
   
    Integer b = null;
    try 
      b = futureB.get();
    catch (InterruptedException e) 
      futureB.cancel(true);
      e.printStackTrace();
    catch (ExecutionException e) 
      futureB.cancel(true);
      e.printStackTrace();
   
    Integer c = null;
    try 
      c = futureC.get();
    catch (InterruptedException e) 
      futureC.cancel(true);
      e.printStackTrace();
    catch (ExecutionException e) 
      futureC.cancel(true);
      e.printStackTrace();
   
    executor.shutdown();
    return a+b+c;
 
  private static void doSomeThingElse() 
    System.out.println("exec other
things");
 
  public static void main(String[] args) 
  
 System.out.println(getArticleScore("demo"))
;
 

class CalculateArticleScoreA implements
Callable<Integer>
  @Override
  public Integer call() throws Exception 
    //业务代码
    Random random = new Random();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
  
 System.out.println(Thread.currentThread().g
etName());
    return random.nextInt(100);

执行结果

exec other things
pool-1-thread-1
pool-1-thread-3
pool-1-thread-2
159

上述方法改造了calculateArticleScore()，在其内部基于线程池调用重写了Callable接口中的call()，并在call()中对具体业
务完成编码，并且让其在执行时睡三秒钟。根据结果可以看到，先调用了计算文章分数方法，其内部开启了子线程去执行任务，并且子线程在执行时，并没有阻塞主线程的执行。当主线程需要结果时，在通过返回的Future来获取子任务中的返回值。

3 Future并行变串行问题解析

刚才已经基于Future演示了并行执行的效果，已经达到了期望，但是在使用的过程中，其实还有个坑需要说明。对于
Future的使用，如稍加不注意，就会让并行变为串行。
示例代码如下：

public class FutureAsyncDemo 
  static ExecutorService executor =
Executors.newCachedThreadPool();
  //接收文章名称，获取并计算文章分数
  public static int getArticleScore(String
aname)
    Future<Integer> futureA =
executor.submit(new
CalculateArticleScoreA());
    Future<Integer> futureB =
executor.submit(new
CalculateArticleScoreB());
     Future<Integer> futureC =
executor.submit(new
CalculateArticleScoreC());
    doSomeThingElse();
    Integer a = 0;
    try 
      a = futureA.get();
    catch (InterruptedException e) 
      futureA.cancel(true);
      e.printStackTrace();
    catch (ExecutionException e) 
      futureA.cancel(true);
      e.printStackTrace();
   
    Integer b = 0;
    try 
      b = futureB.get();
    catch (InterruptedException e) 
      futureB.cancel(true);
      e.printStackTrace();
    catch (ExecutionException e) 
      futureB.cancel(true);
      e.printStackTrace();
   
    Integer c = 0;
    try 
      c = futureC.get();
    catch (InterruptedException e) 
       futureC.cancel(true);
      e.printStackTrace();
    catch (ExecutionException e) 
      futureC.cancel(true);
      e.printStackTrace();
   
    executor.shutdown();
    return a+b+c;
 
  private static void doSomeThingElse() 
    System.out.println("exec other
things");
 
  public static void main(String[] args) 
  
 System.out.println(getArticleScore("demo"))
;
 

class CalculateArticleScoreA implements
Callable<Integer>
  @Override
  public Integer call() throws Exception 
    Random random = new Random();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
   
 System.out.println(Thread.currentThread().g
etName());
    return random.nextInt(100);
 

class CalculateArticleScoreB implements
Callable<Integer>
  @Override
  public Integer call() throws Exception 
    Random random = new Random();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(20);
  
 System.out.println(Thread.currentThread().g
etName());
    return random.nextInt(100);
 

class CalculateArticleScoreC implements
Callable<Integer>
  @Override
  public Integer call() throws Exception 
    Random random = new Random();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(30);
  
 System.out.println(Thread.currentThread().g
etName());
    return random.nextInt(100);

上述代码加计算得分方法复制出来两份，各自休眠10秒、20秒、30秒。当方法返回Future之后，调用get()进行值获取时，发现每次调用时都需要进行等待。这样可以发现，之前的并行现在变成了串行了！！！！这个问题为什么会产生呢？需要看一下Future中对于get()的介绍

根据源码可知，当调用get()时，其会等待对应方法执行完毕后，才会返回结果，否则会一直等待。因为这个设定，所以上述代码则出现并行变串行的效果。
对于这个问题的解决，可以调用get()的重载，get(longtimeout, TimeUnit unit)。设置等待的时长，如果超时则抛出TimeoutException。

使用示例如下：

public class FutureAsyncDemo 
  static Random random = new Random();
  static ExecutorService executor =
Executors.newCachedThreadPool();
  //接收文章名称，获取并计算文章分数
   public static int
getArticleScore(String aname)
    Future<Integer> futureA =
executor.submit(new
CalculateArticleScoreA());
    Future<Integer> futureB =
executor.submit(new
CalculateArticleScoreB());
    Future<Integer> futureC =
executor.submit(new
CalculateArticleScoreC());
    doSomeThingElse();
    Integer a = 0;
    try 
      a = futureA.get();
    catch (InterruptedException e) 
      futureA.cancel(true);
      e.printStackTrace();
    catch (ExecutionException e) 
      futureA.cancel(true);
      e.printStackTrace();
   
    Integer b = 0;
    try 
       b = futureB.get(3L,
TimeUnit.SECONDS);
    catch (TimeoutException e) 
      e.printStackTrace();
   
    catch (InterruptedException e) 
      futureB.cancel(true);
      e.printStackTrace();
    catch (ExecutionException e) 
      futureB.cancel(true);
      e.printStackTrace();
   
    Integer c = 0;
    try 
      c = futureC.get();
    catch (InterruptedException e) 
      futureC.cancel(true);
      e.printStackTrace();
    catch (ExecutionException e) 
      futureC.cancel(true);
      e.printStackTrace();
   
    executor.shutdown();
    return a+b+c;
 
  private static void doSomeThingElse() 
     System.out.println("exec other
things");
 
  public static void main(String[] args)

  
 System.out.println(getArticleScore("demo")
);
 

class CalculateArticleScoreA implements
Callable<Integer>
  @Override
  public Integer call() throws Exception

    Random random = new Random();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
  
 System.out.println(Thread.currentThread().
getName());
    return random.nextInt(100);
 

class CalculateArticleScoreB implements
Callable<Integer>
  @Override
  public Integer call() throws Exception

    Random random = new Random();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(20);
  
 System.out.println(Thread.currentThread().
getName());
    return random.nextInt(100);
 

class CalculateArticleScoreC implements
Callable<Integer>
  @Override
  public Integer call() throws Exception

    Random random = new Random();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(30);
  
 System.out.println(Thread.currentThread().
getName());
    return random.nextInt(100);

在上述方法中，对于B的get()设置了超时时间三秒钟，如果当调用其获取返回值时，如果超过三秒仍然没有返回结果，则抛出超时异常，接着方法会再次向下运行。

对于Future来说，它能够支持任务并发执行，对于任务结果的获取顺序是按照提交的顺序获取，在使用的过程中建议通过CPU高速轮询的方式获取任务结果，但这种方式比较耗费资源。不建议使用

以上是关于Java异步编程Future应用的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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