并发编程之future模式

一、Future模式简介

Future模式有点类似于网上购物，在你购买商品，订单生效之后，你可以去做自己的事情，等待商家通过快递给你送货上门。Future模式就是，当某一程序提交请求，期望得到一个答复。但是可能服务器程序对这个请求的处理比较慢，因此不可能马上收到答复。但是，在传统的单线程环境下，调用函数是同步的，它必须等到服务程序返回结果，才能继续进行其他处理。而Future模式下，调用方法是异步的，原本等待返回的时间段，在主调函数中，则可以处理其他的任务。传统的串行程序调用如下图所示：

Future模式的处理流程：

从图中可以看出，虽然call()本身是一个需要很长世间处理的程序。但是，服务程序不等数据处理完就立刻返回客户端一个伪数据（类似于商品订单，你购物需要的是商品本身），实现Future模式的客户端在拿到这个返回结果后，并不急于对它进行处理，而是去调用其它的业务逻辑，使call()方法有充分的时间去处理完成，这也是Future模式的精髓所在。在处理完其他业务逻辑后，最后再使用处理比较费时的Future数据。这个在处理过程中，就不存在无谓的等待，充分利用了时间，从而提升了系统的响应和性能。

二、Future模式的核心结构

下面以一个经典的Future实现为例，简单介绍下Future的核心实现。代码中Date接口：返回数据的接口；FutureDate类：实现Date接口，构造很快，返回一个虚拟的伪数据，需要装配RealDate；RealDate类：实现Date接口，返回真实数据，构造比较慢；Client:返回Date数据，立即返回FutureDate数据，并开启线程装配RealDate数据。

　　代码实现：

public interface Data {
    public String getResult();
}
public class FutureData implements Data {
    protected RealData realData = null;
    protected boolean isReady = false;
    //进行同步控制
    public synchronized void setResult(RealData realData){
        if(isReady){
            return;
        }
        System.out.println("FutureData.setResult()");
        this.realData=realData;
        isReady = true;
        notifyAll();
    } 
    //实际调用返回RealDate的数据
    @Override
    public synchronized String getResult() {
        while(!isReady){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        System.out.println("FutureData.getResult()");
        return realData.result;
    }
public class RealData implements Data{
    protected final String result;
    public RealData(String s) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            sb.append(s);
            try {
                //模拟构造时间比较长
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        }
        System.out.println("RealData.RealData()");
        result = sb.toString();
    }
public class Client {
    public Data request(final String queryStr){
                //返回伪数据
        final FutureData futureData = new FutureData();
                //开启线程构造真实数据
        new Thread(){
            public void run(){
                RealData realData = new RealData(queryStr);
                futureData.setResult(realData);
            }
        }.start();
                //返回伪数据，等待真实数据加载
        return futureData;
    }
}
启动系统，调用Client发送请求：
public class TestMain {
    public static void main(String[] args) {
        Data data = new Client().request("123456");
        System.out.println(data);
        System.out.println(data.getResult());
    }
}

可以看出，FutureDate是Future模式实现的关键，它实际是真实数据RealDate的代理，封装了获取RealDate的等待过程。

三、JDK内置实现

　在JDK的内置并发包中，就已经内置了一种Future的实现，提供了更加丰富的线程控制，其基本用意和核心理念与上面实现代码一致。

　　在JDK中的Future模式中，最重要的是FutureTask类，它实现了Runnable接口，可以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()时，将返回Callable接口的返回对象。FutureTask还可以对任务本身进行其他控制操作。

　　利用Callable接口实现上述例子相同的操作：

　　RealDate类的实现：

public class Real1Data implements Callable<String>{
    private String reaString;
    public Real1Data(String reaString) {
        super();
        this.reaString = reaString;
    }
    @Override
    public String call() throws Exception {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            sb.append(reaString);
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                // TODO: handle exception
            }
        }
        return sb.toString();
    }
}
Client代码实现：
public class Test1Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        FutureTask<String> future =  new FutureTask<>(new Real1Data("1111"));
        ExecutorService exe = Executors.newFixedThreadPool(1);
        exe.submit(future);
        System.out.println("FutureTask");
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("FutureTask"+future.get());
    }
}

可以看出RealDate的构造速度很快，其核心代码逻辑放在了call（）中实现，不再需要Date和FutureDate，直接通过RealDate来构造FutureTask，将其作为单独的线程运行。在提交请求后，执行其他业务逻辑，做好通过FututeTask.get()方法，得到RealDate的执行结果。

　　Futute模式核心在于去除了主调用函数的等待时间，并使得原本需要等待的时间可以充分利用来处理其他业务逻辑，充分的利用了系统资源。