学习多线程中的 Future 模式一篇文章就够了 ！！！

Posted 2021-05-29 南淮北安

文章目录

• • 一、Future 模式
  • 二、Future模式的主要角色
  • 三、Future模式的简单实现
  • 四、JDK中的Future模式
  • 五、Guava对Future模式的支持

一、Future 模式

Future模式是多线程开发中非常常见的一种设计模式，它的核心思想是异步调用。

当我们需要调用一个函数方法时，如果这个函数执行得很慢，那么我们就要进行等待。

但有时候，我们可能并不急着要结果。因此，我们可以让被调者立即返回，让它在后台慢慢处理这个请求。对于调用者来说，则可以先处理一些其他任务，在真正需要数据的场合再去尝试获得需要的数据。

Future模式有点类似在网上买东西。

如果我们在网上下单买了一部手机，当我们支付完成后，手机并没有办法立即送到家里，但是在电脑上会立即产生一个订单。这个订单就是将来发货或者领取手机的重要凭证，这个凭证也就是Future模式中会给出的一个契约。

在支付活动结束后，大家不会傻傻地等着手机到来，而是各忙各的。而这张订单就成了商家配货、发货的驱动力。当然，这一切你并不用关心。你要做的只是在快递上门时收货而已。

如图显示了通过传统的同步方法调用一段比较耗时的程序。客户端发出call请求，这个请求需要经过相当长的一段时间才能返回。客户端一直等待，直到数据返回再进行其他任务的处理。

使用Future模式替换原来的实现方式，可以改进其调用过程，如图所示。

展示了一个广义Future模式的实现，从Data_Future对象可以看到，虽然call本身仍然需要很长一段时间处理程序。

但是，服务程序不等数据处理完成便立即返回客户端一个伪造的数据（相当于商品的订单，而不是商品本身），实现了Future模式的客户端在拿到这个返回结果后，并不急于对其进行处理，而是去调用了其他业务逻辑，充分利用了等待时间，这就是Future模式的核心所在。

在完成了其他业务逻辑的处理后，再使用返回比较慢的Future数据。在整个调用过程中，不存在无谓的等待，充分利用了所有的时间片段，从而提高系统的响应速度。

二、Future模式的主要角色

一个非常简单的 Future 模式的实现，它的主要参与者如表所示。

核心结构如图所示：

三、Future模式的简单实现

在这个实现中，有一个核心接口Data，这就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，一个是RealData，也就是真实数据，这就是我们最终需要获得的、有价值的信息。

另外一个就是FutureData，它是用来提取RealData的一个“订单”。因此FutureData可以立即返回。

下面是Data接口：

FutureData实现了一个快速返回的RealData包装。

它只是一个包装，或者说是一个RealData的虚拟实现。

因此，它可以很快被构造并返回。

当使用FutrueData的getResult()方法时，如果实际的数据没有准备好，那么程序就会阻塞，等RealData准备好并注入FutureData中才最终返回数据。

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。

RealData是最终需要使用的数据模型。

它的构造很慢。用sleep()函数模拟这个过程，简单地模拟一个字符串的构造。

接下来就是客户端程序，Client主要实现了获取FutureData，开启构造RealData的线程，并在接受请求后，很快返回FutureData。

注意，它不会等待数据真的构造完毕再返回，而是立即返回FutureData，即使这个时候FutureData内并没有真实数据。

最后，就是我们的主函数Main，它主要负责调用Client发起请求，并消费返回的数据。

四、JDK中的Future模式

Future模式很常用，因此JDK内部已经为我们准备好了一套完整的实现。

显然，这个实现要比我们前面提出的方案复杂得多。

首先，让我们看一下Future模式的基本结构，如图所示。

其中Future接口类似于前文描述的订单或者说是契约。

通过它，你可以得到真实的数据。

RunnableFuture继承了Future和Runnable两个接口，其中run()方法用于构造真实的数据。

它有一个具体的实现FutureTask类。FutureTask类有一个内部类Sync，一些实质性的工作会委托Sync类实现。而Sync类最终会调用Callable接口，完成实际数据的组装工作。

Callable接口只有一个方法call()，它会返回需要构造的实际数据。

这个Callable接口也是Future框架和应用程序之间的重要接口。

要实现自己的业务系统，通常需要实现自己的Callable对象。

此外，FutureTask类也与应用密切相关，通常可以使用Callable实例构造一个FutureTask实例，并将它提交给线程池。

下面我们将展示这个内置的Future模式的使用方法。

上述代码实现了Callable接口，它的call()方法会构造我们需要的真实数据并返回。当然这个过程可能是缓慢的，这里使用Thread.sleep()方法模拟它。

上述代码就是使用Future模式的典型。

第4行构造了FutureTask对象实例，表示这个任务是有返回值的。

构造FutureTask时，使用Callable接口告诉FutureTask我们需要的数据应该如何产生。

接着在第8行将FutureTask提交给线程池。

显然，作为一个简单的任务提交，这里必然是立即返回的，因此程序不会阻塞。接下来，我们不用关心数据是如何产生的，可以去做一些其他事情，然后在需要的时候通过Future.get()方法（第18行）得到实际的数据。

除基本的功能外，JDK还为Future接口提供了一些简单的控制功能。

五、Guava对Future模式的支持

在JDK自带的简单Future模式中，虽然我们可以使用Future.get()方法得到Future的处理结果，但是这个方法是阻塞的，因此并不利于我们开发高并发应用。

但在Guava中，增强了Future模式，增加了对Future模式完成时的回调接口，使得Future完成时可以自动通知应用程序进行后续处理。

使用Guava改写上一节中的FutureMain可以得到更好的效果。

上述代码第3行使用MoreExecutors.listeningDecorator()方法将一个普通的线程池包装为一个包含通知功能的Future线程池。

第5行将Callable任务提交到线程池中，并得到一个ListenableFuture。

与Future相比，ListenableFuture拥有完成时的通知功能。

第7行向ListenableFuture中添加回调函数，即当Future执行完成后，则执行第8到14行的回调代码。执行上述代码，得到：

可以看到，Future的执行并没有阻塞主线程，主线程很快正常结束。

而当Future执行完成后，自动回调了第8～14行的业务代码，整个过程没有阻塞，可以更好地提升系统的并行度。

更一般的代码如下，增加了对异常的处理：

上述代码使用Futures 工具类将FutureCallback接口注册到给定的Future中，从而增加了对Future的异常处理。