Java多线程编程中,常用的多线程设计模式包括:Future模式、Master-Worker模式、Guarded Suspeionsion模式、不变模式和生产者-消费者模式等。这篇文章主要讲述Future模式。
一.Future模式核心思想
Future模式的核心在于:去除了主函数的等待时间,并使得原本需要等待的时间段可以用于处理其他业务逻辑(根据《Java程序性能优化》)。
Future模式有点类似于商品订单。在网上购物时,提交订单后,在收货的这段时间里无需一直在家里等候,可以先干别的事情。类推到程序设计中时,当提交请求时,期望得到答复时,如果这个答复可能很慢。传统的时一直等待到这个答复收到时再去做别的事情,但如果利用Future设计模式就无需等待答复的到来,在等待答复的过程中可以干其他事情。
例如如下的请求调用过程时序图。当call请求发出时,需要很长的时间才能返回。左边的图需要一直等待,等返回数据后才能继续其他操作;而右边的Future模式的图中客户端则无需等到可以做其他的事情。服务器段接收到请求后立即返回结果给客户端,这个结果并不是真实的结果(是虚拟的结果),也就是先获得一个假数据,然后执行其他操作。
二. Future模式Java实现
Client的实现
Client主要完成的功能包括:1. 返回一个FutureData;2.开启一个线程用于构造RealData。
package com.bijian.study; public class Client { public Data request(final String string) { final FutureData futureData = new FutureData(); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { //RealData的构建很慢,所以放在单独的线程中运行 RealData realData = new RealData(string); futureData.setRealData(realData); } }).start(); return futureData; //先直接返回FutureData } }
Data的实现
无论是FutureData还是RealData都实现该接口。
package com.bijian.study; public interface Data { String getResult() throws InterruptedException; }
FutureData的实现
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。
package com.bijian.study; //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 public class FutureData implements Data { RealData realData = null; //FutureData是RealData的封装 boolean isReady = false; //是否已经准备好 public synchronized void setRealData(RealData realData) { if (isReady) { return; } this.realData = realData; isReady = true; notifyAll(); //RealData已经被注入到FutureData中了,通知getResult()方法 } @Override public synchronized String getResult() throws InterruptedException { if (!isReady) { wait(); //一直等到RealData注入到FutureData中 } return realData.getResult(); } }
RealData的实现
RealData是最终需要使用的数据,它的构造函数很慢。
package com.bijian.study; public class RealData implements Data { protected String data; public RealData(String data) { //利用sleep方法来表示RealData构造过程是非常缓慢的 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } this.data = "Real " + data; } @Override public String getResult() { return data; } }
测试运行
主函数主要负责调用Client发起请求,并使用返回的数据。
package com.bijian.study; public class Application { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Client client = new Client(); //这里会立即返回,因为获取的是FutureData,而非RealData Data data = client.request("name"); //这里可以用一个sleep代替对其他业务逻辑的处理 //在处理这些业务逻辑过程中,RealData也正在创建,从而充分了利用等待时间 Thread.sleep(2000); //使用真实数据 System.out.println("数据=" + data.getResult()); } }
运行结果:
数据=Real name
三.Future模式的JDK内置实现
由于Future是非常常用的多线程设计模式,因此在JDK中内置了Future模式的实现。这些类在java.util.concurrent包里面。其中最为重要的是FutureTask类,它实现了Runnable接口,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()方法时,将返回Callable接口的返回对象。同样,针对上述的实例,如果使用JDK自带的实现,则需要作如下调整。
首先,Data接口和FutureData就不需要了,JDK帮我们实现了。
其次,RealData改为这样:
package com.bijian.study; import java.util.concurrent.Callable; public class RealData implements Callable<String> { protected String data; public RealData(String data) { this.data = data; } @Override public String call() throws Exception { //利用sleep方法来表示真是业务是非常缓慢的 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "Real " + data; } }
最后,在测试运行时,这样调用:
package com.bijian.study; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.FutureTask; public class Application { public static void main(String[] args) throws Exception { FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(new RealData("name")); ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1); //使用线程池 //执行FutureTask,相当于上例中的client.request("name")发送请求 executor.submit(futureTask); //这里可以用一个sleep代替对其他业务逻辑的处理 //在处理这些业务逻辑过程中,RealData也正在创建,从而充分了利用等待时间 Thread.sleep(2000); //使用真实数据 //如果call()没有执行完成依然会等待 System.out.println("数据=" + futureTask.get()); //当线程池调用该方法时,线程池的状态则立刻变成SHUTDOWN状态,以后不能再往线程池中添加任何任务,否则将会抛出RejectedExecutionException异常。 //但是,此时线程池不会立刻退出,直到添加到线程池中的任务都已经处理完成,才会退出。 与它相似的还有一个shutdownNow(),它通过调用Thread.interrupt来实现线程的立即退出。 executor.shutdown(); } }
运行结果:
数据=Real name
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