什么是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,我们可以让被调用者立即返回,让他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取需要的数据。
用生活中的例子来打个比喻,就像叫外卖。比如在午休之前我们可以提前叫外卖,只需要点好食物,下个单。然后我们可以继续工作。到了中午下班的时候外卖也就到了,然后就可以吃个午餐,再美滋滋的睡个午觉。而如果你在下班的时候才叫外卖,那就只能坐在那里干等着外卖小哥,最后拿到外卖吃完午饭,午休时间也差不多结束了。
使用Future模式,获取数据的时候无法立即得到需要的数据。而是先拿到一个契约,你可以再将来需要的时候再用这个契约去获取需要的数据,这个契约就好比叫外卖的例子里的外卖订单。
用普通方式和Future模式的差别
我们可以看一下使用普通模式和用Future模式的时序图。可以看出来普通模式是串行的,在遇到耗时操作的时候只能等待。而Future模式,只是发起了耗时操作,函数立马就返回了,并不会阻塞客户端线程。所以在工作线程执行耗时操作的时候客户端无需等待,可以继续做其他事情,等到需要的时候再向工作线程获取结果:
Future模式的简单实现
首先是FutureData,它是只是一个包装类,创建它不需要耗时。在工作线程准备好数据之后可以使用setData方法将数据传入。而客户端线程只需要在需要的时候调用getData方法即可,如果这个时候数据还没有准备好,那么getData方法就会等待,如果已经准备好了就好直接返回。
public class FutureData<T> {
private boolean mIsReady = false;
private T mData;
public synchronized void setData(T data) {
mIsReady = true;
mData = data;
notifyAll();
}
public synchronized T getData() {
while (!mIsReady) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return mData;
}
}
接着是服务端,客户端在向服务端请求数据的时候服务端不会实际去加载数据,它只是创建一个FutureData,然后创建子线程去加载,而它只需要直接返回FutureData就可以了。
public class Server {
public FutureData<String> getString() {
final FutureData<String> data = new FutureData<>();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
data.setData("world");
}
}).start();
return data;
}
}
客户端代码如下,整个程序只需要运行2秒多,但如果不使用Future模式的话就需要三秒了。
Server server = new Server();
FutureData<String> futureData = server.getString();
//先执行其他操作
String hello = "hello";
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.print(hello + " " + futureData.getData());
JDK中的Future模式
还记得我之前的一篇文章《Java多线程 - 线程池》中写的ExecutorService.execute()和ExecutorService.submit()的区别吗(如果没有看过的读者可以去看一下)？
execute方法其实是在Executor中定义的,而ExecutorService继承了Executor。它只是简单的提交了一个Runnable给线程池中的线程去调用:
public interface Executor {
void execute(Runnable command);
}
public interface ExecutorService extends Executor {
...
}
而submit方法是ExecutorService中定义的,它们都会返回一个Future对象。实际上submit方法就是使用的Future模式:
public interface ExecutorService extends Executor {
...
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
Future<?> submit(Runnable task);
...
}
Future<?> submit(Runnable task) :
它的返回值实际上是Future<Void>,子线程是不会返回数据的。
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result) :
这个方法是不是很蛋疼,返回的结果在调用的时候已经给出了。如果我一开始就知道结果那我为什么又要发起子线程呢？
其实不然,这个result可以是一个代理,它不是实际的结果,它只是存储了结果。我这里给出一个例子大家体会一下吧:
final String[] result = new String[1];
Runnable r = new Runnable() {
public void run() {
result[0] = "hello world";
}
};
Future<String[]> future = Executors.newSingleThreadExecutor().submit(r, result);
try {
System.out.println("result[0]: " + future.get()[0]);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
<T> Future<T> submit(Callable<T> task) :
这个方法就比较好理解了, Callable.call()方法在子线程中被调用,同时它有返回值,只有将加载的数据直接return出来就好:
Future<String> future = Executors.newSingleThreadExecutor()
.submit(new Callable<String>() {
@Override
public String call() throws Exception {
return "Hello World";
}
});
try {
System.out.print(future.get());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
一个实际的例子
比如我们在计算两个List<Integer>中的数的总和的时候就可以用Future模式提高效率:
public int getTotal(final List<Integer> a, final List<Integer> b) throws ExecutionException, InterruptedException {
Future<Integer> future = Executors.newCachedThreadPool().submit(new Callable<Integer>() {
@Override
public Integer call() throws Exception {
int r = 0;
for (int num : a) {
r += num;
}
return r;
}
});
int r = 0;
for (int num : b) {
r += num;
}
return r + future.get();
}
