深入理解设计模式之[Future模式]

来自:程序员柯南(微信号:codekn),作者:像风一样



01
理解Future模式



Future模式和多线程技术密切相关,可以说是利用多线程技术优化程序的一个实例。

在程序设计中,当某一段程序提交了一个请求,期望得到一个答复。但非常不幸的是,服务程序对这个请求的处理可能比较慢,比如,这个请求可能是通过互联网、HTTP或者Web Service等并不高效的方式调用的。在传统的单线程环境下,调用函数是同步的,也就是说它必须等到服务程序返回结束后,才能进行其他处理。而在Future模式下,调用方式改为异步的,而原先等待返回的时间段,在主调用函数中,则可能用于处理其它事务。下面我们尝试实现这一功能:

1)Main方法的实现

main方法主要负责调用Client发起请求,并使用返回的数据:

public class Future {
   public static void main(String[] args) {
       Client client = new Client();
       Data data = client.request("name");
       System.out.println("请求完毕 "+System.currentTimeMillis());
       //...这里做一些其它任务
       System.out.println("数据:"+data.getResult());
       System.out.println("获取完毕 "+System.currentTimeMillis());
   }
}

2)Client的实现

client主要实现了获取FutureData,开启构造RealData的线程,并在接受请求后,很快的返回FutureData。

public class Client {
   public Data request(String queryStr){
       FutureData futureData = new FutureData();
       new Thread(new Runnable() {
           @Override
           public void run() {
               RealData realData =  new RealData(queryStr);
               futureData.setRealData(realData);
           }
       }).start();
       return futureData;
   }
}

3)Data的实现

Data是一个接口,提供了getResult()方法。

public interface Data {
   String getResult();
}

4)FutureData的实现

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FutureData的getResult()方法时,程序会阻塞,等待RealData()被注入到程序中,才使用RealData的getResult()方法返回。

public class FutureData implements Data {
   private  RealData realData = null;
   private  boolean isReady = false;

   synchronized public void setRealData(RealData realData){
       if (isReady){
           return;
       }
       this.realData = realData;
       isReady = true;
       notifyAll(); //通知所有等待的线程继续运行
   }

   @Override
   synchronized public String getResult() {
       while (!isReady){
           try {
               System.out.print("...waiting...");
               wait(); //使当前线程在此处进行等待,直到被通知后继续运行
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           }
       }
       return realData.result;
   }
}

5)RealData 的实现

RealData 是最终需要使用的数据模型,它的构造很慢。在这里,使用sleep()函数模拟这个过程。

public class RealData implements Data {
   protected String result;

   public RealData(String para) {
       try {
           Thread.sleep(1000);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }
       result = "["+para+"]";
   }

   @Override
   public String getResult() {
       return result;
   }
}

运行结果:

请求完毕 1537520554813
...waiting...
数据:[name]
获取完毕 1537520555890

程序运行的流程是Main线程去获取数据,但是数据还在处理中,于是Main线程进入等待状态,当数据处理完并通知等待所有等待的线程之后,Main线程得以继续运行下去。


02
JDK的内置实现



Future模式如此常用,以至于在JDK的并发包中,就已经内置了一种Future模式的实现了。

示例程序:

public class RealData implements Callable<String> {
   private String para;

   public RealData(String para) {
       this.para = para;
   }

   @Override
   public String call() throws Exception {
       //这里是真实的业务逻辑
       try {
           Thread.sleep(1000);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }
       return "["+para+"]";
   }
   
   public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
       //传入RealData到FutureTask
       FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(new RealData("name"));
       //创建一个线程池
       ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
       //在这里开启线程执行RealData的call()方法
       executorService.submit(futureTask);
       System.out.println("请求完毕 "+System.currentTimeMillis());
       //...这里进行一些其它操作
       System.out.println("数据:"+futureTask.get());
       System.out.println("获取完毕 "+System.currentTimeMillis());
       //启动一个有序的关闭,之前提交的任务将被执行,但是不会接受新的任务。
       executorService.shutdown();
   }
   
}

运行结果:

请求完毕 1537521833970
数据:[name]
获取完毕 1537521834977

Callable接口是一个用户自定义实现的接口。在应用程序中,通过实现Callable接口的call()方法,指定FutureTask的实际内容和返回对象。

Future接口提供的线程控制功能有:

//取消任务
boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)
//是否已经取消
boolean isCancelled()
//是否已经完成
boolean isDone()
//取得返回对象
V get() throws InterruptedException, ExecutionException
//取得返回对象,可以设置超时时间
V get(long timeout, TimeUnit unit)

总结

Future模式的核心在于使用多线程技术去除了主函数中的等待时间,并使得原来需要等待的时间段可以用于处理其他的业务逻辑,从而充分利用计算机资源。

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