Java中的Future模式实战

梦里梦外; 2022-05-30 23:44 265阅读 0赞

## 简介 ##

`Future`模式指的是专门分配一个可以执行取消操作的线程去处理耗时的任务，且可以返回处理结果。简单来说就是可以看做是一个带有返回值且可以取消的`Thread`。

如果要了解`Future`模式最好了解以下的类或接口：

1.  `Callable`：`Callable`是一个接口，它可以看做是带返回值的`Runnable`
2.  `Future`：`Future`也是一个接口，它定义了对Future模式做的线程可以执行的操作。
3.  `RunnableFuture`：一个继承了`Runnable`和`Future`的接口，这个接口了表明`Future`模式实际上就是一个特殊的线程。
4.  `FutureTask`：`RunnableFuture`的实现类，`Future`模式的基本实现，单独使用其实是单线程的，需要配合线程池使用。
5.  `ThreadPoolExecutor`：`JDK`原生的线程池类。
6.  `Executors`：线程池相关的工具类，可以用这个类快速构建线程池。

## 实例 ##

既然介绍完`Future`模式，下面就通过一个简单的实例去学习一下`Future`模式的使用：

### 基本使用 ###

首先是实现`Callable`接口：

/**
     * 通过休眠模拟耗时任务的Callable实现类，返回休眠耗时
     * @author RJH 
     * @date 2018年1月31日
     */
    public class LongTimeTask implements Callable<Long>{
    	/**
    	 * 休眠时间
    	 */
    	private long sleepTime;
    	
    	public LongTimeTask(long sleepTime) {
    		this.sleepTime = sleepTime;
    	}
    
    	@Override
    	public Long call() throws Exception {
    		Thread.sleep(sleepTime);
    		return sleepTime;
    	}
    }

然后是使用`Executors`构建线程池，并调用`submit`方法执行`FutureTask`：

/**
     * Future模式的基本例子
     * @author RJH 
     * @date 2018年1月31日
     */
    public class FutureDemo {
    	public static void main(String[] args) {
    		//任务耗时
    		long sleepTime=1000;
    		//构建随机休眠的Callable对象
    		Callable<Long> task=new LongTimeTask(sleepTime);
    		//构建线程池
    		ExecutorService executorService=Executors.newSingleThreadExecutor();
    		//记录起始时间
    		long startTime=System.currentTimeMillis();
    		//分配线程执行Callable任务，并返回Future对象
    		Future<Long> future=executorService.submit(task);
    		try {
    			//主线程休眠任务耗时所需的时间
    			Thread.sleep(sleepTime);
    		} catch (InterruptedException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    		try {
    			//输出任务耗时
    			System.out.println("Future UsedTime:"+future.get());
    		} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    		//输出主线程运行时间
    		System.out.println("Main UsedTime:"+(System.currentTimeMillis()-startTime));
    		//关闭线程池
    		executorService.shutdown();
    	}
    }

#### 输出结果 ####

Future UsedTime:1000
    Main UsedTime:1002

#### 分析 ####

`Future`模式需要构建线程池后，分配线程去执行对应的`Callable`对象中的call方法。

而实际上使用`FutureTask`来处理实际的任务，`FutureTask`其实基本的使用类似`Thread`，直接调用`FutureTask`的`run`方法和调用`Thread`的`run`类似，都是调用`run`方法的线程来处理任务。

同时当调用`get()`方法的时候，主线程会等待`FutureTask`执行完成或者是抛出异常才会执行下去。

### 取消操作 ###

虽然标题为取消操作的例子，其实还是会涉及`Future`的其他`API`的使用：

/**
     * 取消Future的例子
     * @author RJH 
     * @date 2018年1月31日
     */
    public class FutureCancelDemo {
    	
    	public static void main(String[] args) {
    		//任务耗时
    		long sleepTime=1000;
    		//构建随机休眠的Callable对象
    		Callable<Long> task=new LongTimeTask(sleepTime);
    		//构建线程池
    		ExecutorService executorService=Executors.newSingleThreadExecutor();
    		//记录起始时间
    		long startTime=System.currentTimeMillis();
    		//分配线程执行Callable任务，并返回Future对象
    		Future<Long> future=executorService.submit(task);
    		try {
    			//主线程休眠任务耗时所需的时间的一半
    			Thread.sleep(sleepTime/2);
    		} catch (InterruptedException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    		//判断Future是否已经完成，如果未完成则取消
    		if(!future.isDone()){
    			//不触发中断来取消Future
    			future.cancel(false);
    		}
    		try {
    			//判断Future是否被取消了
    			if(future.isCancelled()){
    				System.out.println("Future has been cancelled");
    			}else{
    				//输出任务耗时
    				System.out.println("Future UsedTime:"+future.get());
    			}
    		} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    		//输出主线程运行时间
    		System.out.println("Main UsedTime:"+(System.currentTimeMillis()-startTime));
    		//关闭线程池
    		executorService.shutdown();
    	}
    }

#### 输出结果 ####

Future has been cancelled
    Main UsedTime:502

#### 分析 ####

这个例子展示了怎么获取`Future`的状态。使用`cancel()`方法的时候需要注意，如果取消成功之后再调用`get()`方法会抛出`java.util.concurrent.CancellationException`。

所以如果调用过`cancel()`方法的话，需要在调用`get()`方法之前调用`isCancelled`来判断一下是否取消成功。