设计模式之Future模式详解及代码示例

一、什么是Future模型：　

　　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。这类似我们网上订餐订座，只要一个电话，客服就告诉我们已经预定成功（实际客服MM啥都还没做好），但是我们这时就从家里出发，同时客服MM也在准备着我们的位置，当我们到了的时候菜和位置也都准备好了。或者说更形象的是我们发送Ajax请求的时候，页面是异步的进行后台处理，用户无需等待请求的结果，可以继续浏览或操作其他内容。

　　　　　　　　　　　　　　

　　客户端发送一个长时间的请求，服务端不需等待该数据处理完成便立即返回一个伪造的代理数据（相当于商品订单，不是商品本身），用户也无需等待，先去执行其他的若干操作后，再去调用服务器已经完成组装的真实数据。该模型充分利用了等待的时间片段。

二、Future模式的核心结构：

　　　　　　　　

　　Main：启动系统，调用Client发出请求；

　　Client：返回Data对象，理解返回FutureData，并开启ClientThread线程装配RealData；

　　Data：返回数据的接口；

　　FutureData：Future数据，构造很快，但是是一个虚拟的数据，需要装配RealData；

　　RealData：真实数据，构造比较慢。

三、Future模式的代码实现：

　　main（此类主要调用FutureClient的getRequset方法去返回数据）：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        FutureClient futureClient = new FutureClient();
        System.out.println("发送请求...");
        Data data = futureClient.getRequset("待处理字符串。");
        System.out.println("请求完毕...");
        String result = data.getRequest();
        System.out.println("返回的结果:"+result);
    }
}

　　FutureClient(该类在接受到用户请求后很快就能返回虚拟数据 futureData，本身启动一个线程去获取真实数据)：

public class FutureClient {
    public Data getRequset(final String queryStr){
        //初始化代理对象，先返回给客户端
        final FutureData futureData = new FutureData();
        //启动一个新的线程去加载真实的数据，传递给这个代理对象
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                //此线程去加载真实对象,然后传递给代理对象
                RealData realData = new RealData(queryStr);
                futureData.setRealData(realData);
            }
        }).start();
        System.out.println("代理对象返回:"+futureData);
        return futureData;
    }
}

　　Data接口(用于FutureData和RealData统一化接口)：

public interface Data {
    public String getRequest();
}

　　FutureData（该类是Future模式的关键，它实际是真实数据RealData的代理，封装了获取RealData的等待过程实际返回的是真实的数据。)：

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

    public synchronized void setRealData(RealData realData){
        //如果已经装载完毕则直接返回
        if(isReady){
            return;
        }
        //如果未装载，进行装载真实数据
        this.realData = realData;
        isReady = true;
        //通知
        notify();
    }

    public synchronized String getRequest() {
        //如果未装载好一直处于阻塞状态
        while (!isReady){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //装载好直接返回数据即可
        return this.realData.getRequest();
    }
}

　　RealData（RealData装载数据较慢，这里使用Sleep(5000)模拟复杂业务逻辑。）：

public class RealData implements Data{
    private String result;

    public RealData(String queryStr){
        System.out.println("根据参数: "+queryStr+" 进行查询，这是一个很耗时的操作！");
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("装载完毕，获取结果");
        result = "the Result！！！";
    }

    public String getRequest() {
        return result;
    }
}

 注意：

　　FutureData是对RealData的包装，是dui真实数据的一个代理，封装了获取真实数据的等待过程。它们都实现了共同的接口，所以，针对客户端程序组是没有区别的；

　　客户端在调用的方法中，单独启用一个线程来完成真实数据的组织，这对调用客户端的main函数式封闭的；

　　因为咋FutureData中的notifyAll和wait函数，主程序会等待组装完成后再会继续主进程，也就是如果没有组装完成，main函数会一直等待。

四、JDK原生包实现：

　　JDK内置的Future主要使用到了Callable接口和FutureTask类。

　　Callable是类似于Runnable的接口，实现Callable接口的类和实现Runnable的类都是可被其他线程执行的任务。Callable接口的定义如下：

public interface Callable<V> {
    /**
     * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
     *
     * @return computed result
     * @throws Exception if unable to compute a result
     */
    V call() throws Exception;
}

　　Callable的类型参数是返回值的类型。例如：

Callable<Integer>表示一个最终返回Integer对象的异步计算。

　　Future保存异步计算的结果。实际应用中可以启动一个计算，将Future对象交给某个线程，然后执行其他操作。Future对象的所有者在结果计算好之后就可以获得它。Future接口具有下面的方法：

public interface Future<V> {
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    boolean isCancelled();
    boolean isDone();
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

　　第一个get方法的调用被阻塞，直到计算完成。如果在计算完成之前，第二个get方法的调用超时，抛出一个TimeoutException异常。如果运行该计算的线程被中断，两个方法都将抛出InterruptedException。如果计算已经完成，那么get方法立即返回。

　　如果计算还在进行，isDone方法返回false；如果完成了，则返回true。

　　可以用cancel方法取消该计算。如果计算还没有开始，它被取消且不再开始。如果计算处于运行之中，那么如果mayInterrupt参数为true，它就被中断。

　　FutureTask包装器是一种非常便利的机制，同时实现了Future和Runnable接口。FutureTask有2个构造方法：

public FutureTask(Callable<V> callable) {
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        this.callable = callable;
        this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
    }

public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
    this.callable = Executors.callable(runnable, result);
    this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
}

　　通常，我们会使用Callable示例构造一个FutureTask对象，并将它提交给线程池进行处理，下面我们将展示这个内置的Future模式的使用。

public class RealData implements Callable<String> {
    private String param;
    public RealData(String param){
        this.param = param;
    }
    @Override
    public String call() throws Exception {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for(int i = 0 ; i< 10 ;i++){
            sb.append(param);
            try {
                Thread.sleep(100);
            }catch (InterruptedException e){
                
            }
        }
        return sb.toString();
    }
}

　　上述代码实现了Callable接口，它的Call方法会构造我们需要的真实数据并返回，当然这个过程比较缓慢，这里使用Thread.sleep()来模拟它：

public class FutureMain {
    public static void main(String[] args)
            throws ExecutionException, InterruptedException {
        //构造FutureTask
        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(new RealData("xxx"));
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
        //执行FutureTask，发送请求
        //在这里开启线程进行RealData的call()执行
        executorService.submit(futureTask);

        System.out.println("请求完毕。。。");
        try {
            //这里可以进行其他额外的操作，这里用sleep代替其他业务的处理
            Thread.sleep(200);
        }catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //获取call()方法的返回值
        //如果此时call()方法没有执行完成，则依然会等待
        System.out.println("真实数据:"+futureTask.get());
    }
}

　　上述代码就是使用Future模式的典型。构造FutureTask时使用Callable接口，告诉FutureTask我们需要的数据应该有返回值。然后将FutureTask提交给线程池，接下来我们不用关心数据是怎么产生的，可以去做其他的业务逻辑处理，然后在需要的时候调用FutureTask.get()得到实际的数据。