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Java多线程 - Future模式

Java 额外说明

收录于:93天前

class FutureTask  {


 private volatile int state;
    private static final int NEW          = 0;
    private static final int COMPLETING   = 1;
    private static final int NORMAL       = 2;
    private static final int EXCEPTIONAL  = 3;
    private static final int CANCELLED    = 4;
    private static final int INTERRUPTING = 5;
    private static final int INTERRUPTED  = 6;

/** 任务 */
    private Callable<V> callable;
    /** 储存结果*/
    private Object outcome; // non-volatile, protected by state reads/writes
    /** 执行任务的线程*/
    private volatile Thread runner;
    /** get方法阻塞的线程队列 */
    private volatile WaitNode waiters;
}
   

什么是未来模式

Future模式是多线程开发中非常常见的设计模式。其核心思想是异步调用。当我们需要调用函数方法时。如果这个函数执行得很慢,那么我们就必须等待。但有时,我们可能并不急于得到结果。因此,我们可以让被调用者立即返回,让他在后台慢慢处理请求。对于调用者来说,可以先处理一些其他的任务,然后在真正需要数据的时候再尝试获取需要的数据。

用生活中的例子来说,就像叫外卖一样。例如,我们可以在午休前提前订外卖。我们只需要点餐并下单即可。然后我们就可以继续工作了。中午下班,外卖就到了,然后我就可以吃午饭,美美地睡一觉了。而如果你下班叫外卖,你就只能坐在那里等外卖员了。终于,你拿到外卖,吃完午饭,午休时间也快结束了。

使用Future模式,在获取数据时并不能立即获取到所需的数据。相反,先获得一份合同,以后需要时可以利用这份合同来获取所需的数据。这份合约就像外卖例子中的外卖订单。

使用普通模式和Future模式的区别

我们可以看一下使用普通模式和使用Future模式的时序图。可以看到,普通模式是串行的,遇到耗时操作只能等待。 Future模式只发起一个耗时的操作,函数立即返回,不会阻塞客户端线程。因此,当工作线程执行耗时操作时,客户端不需要等待,可以继续做其他事情,然后在需要时从工作线程获取结果:

1.png

Future模式的简单实现

第一个是FutureData,它只是一个包装类,不需要时间创建。工作线程准备好数据后,就可以使用setData方法传入数据了。客户端线程只需要在需要的时候调用getData方法即可。如果此时数据还没有准备好,getData方法就会等待。如果准备好了就直接返回。

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;
    }
}

然后是服务器。当客户端向服务器请求数据时,服务器不会真正加载数据。它只是创建一个FutureData,然后创建一个子线程来加载它,并且只需要直接返回FutureData即可。

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。整个程序运行起来只需要2秒多一点,但是如果不使用Future模式的话,需要三秒的时间。

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 中的未来模式

还记得我之前的文章《Java多线程-线程池》中写的ExecutorService.execute()和ExecutorService.submit()的区别吗(没看过的读者可以看一下)?

execute方法实际上是在Executor中定义的,ExecutorService继承了Executor。它只是提交一个Runnable给线程池中的线程来调用:

public interface Executor {
    void execute(Runnable command);
}

public interface ExecutorService extends Executor {
    ...
}

提交方法是在ExecutorService中定义的,它们都会返回一个Future对象。事实上,submit方法使用的是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<?> 提交(可运行任务):

它的返回值实际上是Future<Void>,子线程不会返回数据。

<T> Future<T> 提交(可运行任务,T 结果):

这个方法是不是很痛苦呢?返回的结果在调用的时候就已经给出了。如果我一开始就知道结果,为什么还要再次发起子线程呢?

事实上,这个结果可以作为一个代理。它不是实际结果,它只是存储结果。我这里举个例子方便大家理解:

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> 提交(Callable<T> 任务):

这种方法比较容易理解。 Callable.call()方法在子线程中调用,并且它有一个返回值。直接返回加载的数据即可:

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

例如,当我们计算两个List<Integer>中的数字之和时,我们可以使用Future模式来提高效率:

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();
}


转自:https://www.jianshu.com/p/949d44f3d9e3
 

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