## Future模式（異步獲取結果，自實現） 傳統串行流程如下：  在獲取數據時會阻塞等待，拿到數據后再執行其他的任務。 而`Future`模式會立即返回一個憑證（`Future`），這時可以執行其他任務；等需要數據再通過前面的`Future`憑證獲取數據即可，流程如下圖：  如下我們來自己實現一個簡單的Future模式： 首先分析設計如下對象： * Main 系統啟動，調用Client發出請求，得到立即返回的FutureData * Client 客戶端，發出獲取Data的請求，立即返回FutureData，并開啟線程裝配RealData * Data 返回數據的接口 * FutureData 虛擬的數據，是一個憑證，需要裝配RealData * RealData 真實數據，構建較慢 代碼如下： Data接口： ~~~ public interface Data { String getResult() throws InterruptedException; } ~~~ RealData類： ~~~ public class RealData implements Data{ private String content; public RealData(String content){ this.content = content; } @Override public String getResult() { return content; } } ~~~ FutureData類： ~~~ public class FutureData implements Data { // 是否準備好 private boolean isReady; // 組裝真實數據 private RealData realData; @Override public synchronized String getResult() { // 沒有準備好，則阻塞等待 while (!isReady){ try { wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } return realData.getResult(); } public synchronized void setRealData(RealData realData){ if(isReady){ return; } this.realData = realData; this.isReady = true; // 通知其他線程 notifyAll(); } } ~~~ Client類： ~~~ public class Client { // 請求數據 public FutureData request(String queryStr){ FutureData futureData = new FutureData(); // 開啟線程異步出組裝真實數據 new Thread(()->{ // 耗時操作 try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 構建真實數據 RealData realData = new RealData("hello future," + queryStr); futureData.setRealData(realData); }).start(); // 立即返回 return futureData; } } ~~~ Main程序類： ~~~ public class Main { public static void main(String[] args) { Client client = new Client(); FutureData futureData = client.request("測試"); // 做其他的事情 System.out.println("做其他事情1"); System.out.println("做其他事情2"); // 獲取結果 String result = futureData.getResult(); System.out.println("異步結果為："+result); } } ~~~ ``` 輸出結果： 做其他事情1 做其他事情2 異步結果為：hello future,測試 ``` ## JDK中的Future模式 如下圖，是`JDK1.8`中封裝的`Future`模式實現。(1.5就又引入了`Future`模式，1.8的功能更加強大，提供了`CompletableFuture`)  其中： * `類MyCallable`實現的`Callable`接口的`call()`方法會返回真實的數據（類似于自實現Future模式中的數據接口`Data`的`getResult()`方法) * FutureTask類似于FutureData，都是用來當做異步調用里的立即返回的憑證 * 線程池類似于Client，都是用來執行任務的 如下是JDK的future的例子： MyCallable類： ~~~ public class MyCallable implements Callable<String> { private String str; public MyCallable(String str){ this.str = str; } @Override public String call() throws Exception { // 模擬比較耗時的操作 Thread.sleep(2000); return "hello jdk future," + str; } } ~~~ Main程序: ~~~ public class Main { public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1); FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new MyCallable("測試")); // 提交任務 executor.submit(futureTask); System.out.println("處理其他邏輯1"); System.out.println("處理其他邏輯2"); String result = futureTask.get(); System.out.println("(jdk)異步處理結果為:"+result); executor.shutdown(); } } ~~~ ``` 數據結果： 處理其他邏輯1 處理其他邏輯2 (jdk)異步處理結果為:hello jdk future,測試 ``` 另外，JDK的Future模式的Future接口還提供了一些高級的功能。 ``` boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);// 取消任務 boolean isCanclled();// 是否已經取消 boolean isDone();// 是否已經完成 V get(long timeout,TimeUnit unit);// 超時時間內獲取結果 ``` ## Guava擴展Future模式 `JDK`的`Future`模式中，`future.get()`是阻塞的，不利于高并發開發。`Guava`增強了`Future`模式，增加了完成時的回調接口，使`future`完成時可以自動通知應用程序進行獲取處理。 對上面的程序改造為guava的設置回調函數的方式，代碼如下： Main程序： ~~~ public class Main { public static void main(String[] args){ ListeningExecutorService executorService = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newFixedThreadPool(4)); // 提交任務 ListenableFuture<String> future = executorService.submit(new MyCallable("測試")); // 添加回調函數 future.addListener(()->{ String result = null; try { result = future.get(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("(guava)異步處理結果為:"+result); },MoreExecutors.directExecutor()); System.out.println("處理其他邏輯1"); System.out.println("處理其他邏輯2"); executorService.shutdown(); } } ~~~ 輸出結果： ``` 處理其他邏輯1 處理其他邏輯2 (guava)異步處理結果為:hello guava future,測試 ``` ## Netty擴展Future模式 netty中也提供了支持設置Future回調的擴展。 ~~~ public class Main { public static void main(String[] args) { // 創建netty線程組 EventExecutorGroup group = new DefaultEventExecutorGroup(4); // 提交任務 Future<String> future = group.submit(new MyCallable("測試")); System.out.println("處理其他邏輯1"); System.out.println("處理其他邏輯2"); future.addListener(new FutureListener<String>(){ @Override public void operationComplete(Future<String> future) throws Exception { String result = future.get(); System.out.println("(netty)異步處理結果為:"+result); } }); group.shutdownGracefully(); } } ~~~ ## JDK8的CompletableFuture `JDK8`中提供的`CompletableFuture`更加強大。 `CompletableFuture`實現了`CompletionStage`接口和`Future`接口，前者是對后者的一個擴展，增加了異步回調、流式處理、多個`Future`組合處理的能力，使`Java`在處理多任務的協同工作時更加順暢便利。 使用`CompletableFuture`改造支持異步回調方法，代碼如下： MySupplier類： ~~~ public class MySupplier implements Supplier<String> { private String str; public MySupplier(String str){ this.str = str; } @Override public String get() { // 模擬比較耗時的操作 try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return "hello jdk CompletableFuture," + str; } } ~~~ Main程序： ~~~ public class Main { public static void main(String[] args){ CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(new MySupplier("測試"), Executors.newFixedThreadPool(1)); future.whenCompleteAsync((r,t)->{ System.out.println("(CompletableFuture)異步處理結果為:"+r); }); System.out.println("處理其他邏輯1"); System.out.println("處理其他邏輯2"); } } ~~~ 輸出結果： ``` 處理其他邏輯1 處理其他邏輯2 (CompletableFuture)異步處理結果為:hello jdk CompletableFuture,測試 ``` ## 總結 1. 在`JDK1.5`中提供了`Future`模式，獲取數據時阻塞的，所以其他框架（`guava`和`netty`)對`Future`模式做了擴展，支持了回調函數。 2. 在`JDK1.8`中提供了`CompletableFuture`，支持了更加強大的異步回調、流式處理、多個`Future`組合處理的能力。 ## 參考資料 * 書籍 葛一鳴 * 《Java高并發程序設計》