憑據(jù)管理
在日常生活中，我們經(jīng)常會遇到一種情況，就是在我們提出需求之后，由于服務(wù)者還沒有準(zhǔn)備好對應(yīng)的實物交付給我們的時候，就會先給我們一張憑據(jù)，等到雙方約定的時間到了之后，我們帶著這個憑據(jù)就可以去獲取到我們想要的東西。例如在一個蛋糕店里我們定了一個蛋糕，店長給了我們一個憑據(jù)，然后在約定的時間我們?nèi)サ案獾曛腥∽呶覀兌ǖ牡案狻＿@樣我們不需要在店里等待，而是去完成我們的其他工作。
在程序開發(fā)中假設(shè)有一個任務(wù)執(zhí)行的時間比較長，通常需要我們等待這個任務(wù)完成之后才能進行后續(xù)的任務(wù)，這個時候服務(wù)的調(diào)用者就會一直等待。而我們利用上面的介紹的憑據(jù)的方式就完全可以解決調(diào)用者等待的問題。也就是JAVA中常說的Future模式。下面我們就來看看關(guān)于Java中的Future模式。
Future設(shè)計模式
Future設(shè)計模式是從JDK1.5開始出現(xiàn)的，在我們實現(xiàn)多線程操作的時候有常用的兩種方式，一種是實現(xiàn)Runnbale接口，一種是繼承Thread類，而我們不是太常用的一種方式就是Call接口的方式，這種方式就是類似于Future模式。其實現(xiàn)類圖如下。
下面我們就來看看Future設(shè)計模式的具體實現(xiàn)方式。
接口邏輯定義
Future接口
根據(jù)之前的分析我們的票據(jù)應(yīng)當(dāng)具有兩個功能，一個功能是可以通過它獲取到我們想要的結(jié)果，另一個功能就是通過它我們可以知道我們想要的蛋糕是否制作完成。如下所示。
public interface Future {// 用于返回計算之后的結(jié)果T get() throws InterruptedException;// 用于判斷任務(wù)是否正常執(zhí)行boolean done();
FutureService接口
FutureService 的主要作用就是任務(wù)的提交，而提交任務(wù)的方式有兩種，一種是不需要返回值的，一種是需要返回值的。代碼如下。
public interface FutureService {// 提交不需要進行返回的任務(wù)的時候 Future的get方法返回為空Future submit(Runnable runnable);// 提交需要返回值的任務(wù)的時候 Future的get方法就是獲取到返回值Future submit(Tasktask,IN input);// 靜態(tài)方法獲取到實現(xiàn)實例對象static FutureService newServcie(){return new FutureServiceImpl<>();
Task接口
有了票據(jù)，有了服務(wù)人員，接下來就是需要有我們需要完成的任務(wù)是什么，而Task就是用來提供給調(diào)用者實現(xiàn)計算邏輯的任務(wù)。可以接受一個參數(shù)并且返回最后的結(jié)果。有點類似于Callable接口
@FunctionalInterfacepublic interface Task {//給定一個參數(shù)經(jīng)過計算之后得到一個結(jié)果OUT get(IN input);Future程序?qū)崿F(xiàn)
Future接口實現(xiàn)
會發(fā)現(xiàn)這個接口實現(xiàn)除了實現(xiàn)Future接口的兩個方法之外還增加了一個finish的方法，用來完成任務(wù)通知操作。
public class FutureTask implements Future {// 返回結(jié)果private T result;//任務(wù)是否完成private boolean isDone = false;// 對象鎖private final Object LOCK = new Object();@Overridepublic T get() throws InterruptedException {synchronized (LOCK){//當(dāng)任務(wù)還沒有完成的時候，調(diào)用get方法會被掛起進入阻塞等待while (!isDone){LOCK.wait();// 返回計算結(jié)果return result;protected void finish(T result){synchronized (LOCK){//balking 設(shè)計模式if (isDone){return;// 計算完成，為result指定結(jié)果，并且將isDone設(shè)置為true，同時喚起等待中的線程this.result = result;this.isDone = true;LOCK.notifyAll();@Overridepublic boolean done() {return isDone;
在FutureTask中使用了線程間的通信wait和notifyAll，當(dāng)任務(wù)沒有完成之前通過get方法獲取接口，調(diào)用方會進入到阻塞狀態(tài)，直到任務(wù)完成之后收到線程喚醒，finish方法接收到任務(wù)完成的通知，然后喚醒因為調(diào)用了get方法而進入阻塞的線程。
FutureService實現(xiàn)
public class FutureServiceImpl implements FutureService {private final static String FUTURE_THREAD_PREFIX = "FUTURE-";private final AtomicInteger nextCounter = new AtomicInteger(0);private String getNextName(){return FUTURE_THREAD_PREFIX+nextCounter.getAndIncrement();@Overridepublic Future submit(Runnable runnable) {final FutureTask future = new FutureTask<>();new Thread(()->{runnable.run();// 任務(wù)執(zhí)行結(jié)束之后將null作為參數(shù)返回future.finish(null);},getNextName()).start();return future;@Overridepublic Future submit(Task task, IN input) {final FutureTask future = new FutureTask<>();new Thread(()->{OUT result = task.get(input);// 任務(wù)執(zhí)行結(jié)束之后，將真實的結(jié)果通過finish的方式傳遞給futurefuture.finish(result);},getNextName()).start();return future;Future設(shè)計模式測試
這里我們提交一個沒有返回值的任務(wù)，代碼如下，
public class FutureTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {FutureService service = FutureService.newServcie();Future future = service.submit(()->{try {TimeUnit.SECONDS.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();System.out.println("任務(wù)完成！");future.get();
提交一個有返回值的任務(wù)
public class FutureTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {FutureService service = FutureService.newServcie();Future future = service.submit(input->{try {TimeUnit.SECONDS.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();return input.length();},"Hello");System.out.println(future.get());升級獲取結(jié)果的方法
從上面兩個測試的返回結(jié)果來看，如果我們調(diào)用了future的get方法，那么我們的程序就會進入到阻塞的狀態(tài)，這個操作與我們的預(yù)期不太相符合，這個也是整個的Future模式一直存在的問題。那么我們?nèi)绾稳ジ倪M這個獲取get方法等待的問題呢？這就引入了一個Callback的機制。代碼如下
@Overridepublic Future submit(Task task, IN input, Callback callback) {final FutureTask future = new FutureTask<>();new Thread(()->{OUT result = task.get(input);// 任務(wù)執(zhí)行結(jié)束之后，將真實的結(jié)果通過finish的方式傳遞給futurefuture.finish(result);if (null!=callback){callback.call(result);},getNextName()).start();return future;
測試效果，會發(fā)現(xiàn)我們課可以不使用get方法就可以完成執(zhí)行結(jié)果的獲取。
public class FutureTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {FutureService service = FutureService.newServcie();service.submit(input->{try {TimeUnit.SECONDS.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();return input.length();},"Hello",System.out::println);總結(jié)
在之前的分享中很多的地方我們都提到了Future設(shè)計模式，通過這篇文章我們也進一步的了解了關(guān)于Future設(shè)計模式的思想。其核心思想就是模擬了一個憑據(jù)場景，通過這種方式來實現(xiàn)對CPU的高效利用。當(dāng)然這里我們給出的只是一個基礎(chǔ)演示版本，其中的存在的問題還有很多，有興趣的讀者可以自己思考相關(guān)內(nèi)容的優(yōu)化。
