0.5.JDK-Future异步模式

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Future 模式

Future类

get方法：获取计算结果（如果还没计算完，也是必须等待的）

cancel方法：还没计算完，可以取消计算过程

isDone方法：判断是否计算完

isCancelled方法：判断计算是否被取消

这些接口的设计很完美，FutureTask的实现注定不会简单

public Future request() {

final Future future = new Future();

new Thread() {

public void run() { // 下面這個動作可能是耗時的

RealSubject subject = new RealSubject(); future.setRealSubject(subject);

}

}.start();

return future;

}

FutureTask类

FutureTask直接继承自RunableFuture，RunableFuture分别继承自Future和Runable；Runable就是一个run方法并没有返回结果，只管执行；而Future中就是一些获取线程运行状态和结果的方法了；

1.状态 private volatile int state;//任务状态 private static final int NEW = 0;

FutureTask对象初始化时，在构造器中把state置为为NEW，之后状态变更依据具体执行情况来定。

NEW:表示是个新的任务或者还没被执行完的任务。这是初始状态。
COMPLETING:任务已经执行完成或者执行任务的时候发生异常，但是任务执行结果或者异常原因还没有保存到outcome字段(outcome字段用来保存任务执行结果，如果发生异常，则用来保存异常原因)的时候，状态会从NEW变更到COMPLETING。但是这个状态会时间会比较短，属于中间状态。
NORMAL:任务已经执行完成并且任务执行结果已经保存到outcome字段，状态会从COMPLETING转换到NORMAL。这是一个最终态。
EXCEPTIONAL:任务执行发生异常并且异常原因已经保存到outcome字段中后，状态会从COMPLETING转换到EXCEPTIONAL。这是一个最终态。
CANCELLED:任务还没开始执行或者已经开始执行但是还没有执行完成的时候，用户调用了cancel(false)方法取消任务且不中断任务执行线程，这个时候状态会从NEW转化为CANCELLED状态。这是一个最终态。
INTERRUPTING: 任务还没开始执行或者已经执行但是还没有执行完成的时候，用户调用了cancel(true)方法取消任务并且要中断任务执行线程但是还没有中断任务执行线程之前，状态会从NEW转化为INTERRUPTING。这是一个中间状态。
INTERRUPTED:调用interrupt()中断任务执行线程之后状态会从INTERRUPTING转换到INTERRUPTED。这是一个最终态。

有一点需要注意的是，所有值大于COMPLETING的状态都表示任务已经执行完成(任务正常执行完成，任务执行异常或者任务被取消)。

2.FutureTask就一个属性sync，这是一个复杂类型的属性，其类型是FutureTask的私有内部类Sync，获取线程运行状态和执行结果的核心逻辑就是在这个类中实现的；

3.有两个含参构造函数

FutureTask(Callable<V> callable)；FutureTask(Runnable runnable, V result)

区别在于，如果使用第一个构造函数最后获取线程实行结果就是callable的执行的返回结果；而如果使用第二个构造函数那么最后获取线程实行结果就是参数中的result。

4. FutureTask中所有的状态的改变和加锁、阻塞都是动过AQS数据结构来实现的。

5.get() 任务发起线程可以调用get()方法来获取任务执行结果，如果此时任务已经执行完毕则会直接返回任务结果，如果任务还没执行完毕，则调用方会阻塞直到任务执行结束返回结果为止。

get(long,TimeUnit) 带超时等待的获取任务结果。

awaitDone() 当调用get()获取任务结果但是任务还没执行完成的时候，调用线程会调用awaitDone()方法进行阻塞等待。

cancel(boolean) 用户可以调用cancel(boolean)方法取消任务的执行。

isCancelled()和isDone() 这两个方法分别用来判断任务是否被取消和任务是否执行完成。

Future 应用

FutureTask可用于异步获取执行结果或取消执行任务的场景。通过传入Runnable或者Callable的任务给FutureTask，直接调用其run方法或者放入线程池执行，之后可以在外部通过FutureTask的get方法异步获取执行结果，因此，FutureTask非常适合用于耗时的计算，主线程可以在完成自己的任务后，再去获取结果。另外，FutureTask还可以确保即使调用了多次run方法，它都只会执行一次Runnable或者Callable任务，或者通过cancel取消FutureTask的执行等。

先上一个场景：假如你突然想做饭，但是没有厨具，也没有食材。网上购买厨具比较方便，食材去超市买更放心。

实现分析：在快递员送厨具的期间，我们肯定不会闲着，可以去超市买食材。所以，在主线程里面另起一个子线程去网购厨具。但是，子线程执行的结果是要返回厨具的，而run方法是没有返回值的。面对这种尴尬的处境，程序员就会想：在子线程run方法计算的期间，能不能在主线程里面继续异步执行？

这种想法的核心就是Future模式，下面先应用一下Java自己实现的Future模式。

import java.util.concurrent.Callable; import java.util.concurrent.ExecutionException; import java.util.concurrent.FutureTask; public class FutureCook { public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { long startTime = System.currentTimeMillis(); // 第一步网购厨具 Callable<Chuju> onlineShopping = new Callable<Chuju>() { @Override public Chuju call() throws Exception { System.out.println("第一步：下单"); System.out.println("第一步：等待送货"); Thread.sleep(5000); // 模拟送货时间 System.out.println("第一步：快递送到"); return new Chuju(); } }; FutureTask<Chuju> task = new FutureTask<Chuju>(onlineShopping); new Thread(task).start(); // 第二步去超市购买食材 Thread.sleep(2000); // 模拟购买食材时间 Shicai shicai = new Shicai(); System.out.println("第二步：食材到位"); // 第三步用厨具烹饪食材 if (!task.isDone()) { // 联系快递员，询问是否到货 System.out.println("第三步：厨具还没到，心情好就等着（心情不好就调用cancel方法取消订单）"); } Chuju chuju = task.get(); System.out.println("第三步：厨具到位，开始展现厨艺"); cook(chuju, shicai); System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms"); } // 用厨具烹饪食材 static void cook(Chuju chuju, Shicai shicai) {} // 厨具类 static class Chuju {} // 食材类 static class Shicai { }

Future模式衍生出来的更高级的应用。

再上一个场景：我们自己写一个简单的数据库连接池，能够复用数据库连接，并且能在高并发情况下正常工作。

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; public class ConnectionPool { private ConcurrentHashMap<String, Connection> pool = new ConcurrentHashMap<String, Connection>(); public Connection getConnection(String key) { Connection conn = null; if (pool.containsKey(key)) { conn = pool.get(key); } else { conn = createConnection(); pool.putIfAbsent(key, conn); } return conn; } public Connection createConnection() { return new Connection(); } class Connection {} }

我们用了ConcurrentHashMap，这样就不必把getConnection方法置为synchronized(当然也可以用Lock)，当多个线程同时调用getConnection方法时，性能大幅提升。

貌似很完美了，但是有可能导致多余连接的创建，推演一遍：

某一时刻，同时有3个线程进入getConnection方法，调用pool.containsKey(key)都返回false，然后3个线程各自都创建了连接。虽然ConcurrentHashMap的put方法只会加入其中一个，但还是生成了2个多余的连接。如果是真正的数据库连接，那会造成极大的资源浪费。

所以，我们现在的难点是：如何在多线程访问getConnection方法时，只执行一次createConnection。

结合之前Future模式的实现分析：当3个线程都要创建连接的时候，如果只有一个线程执行createConnection方法创建一个连接，其它2个线程只需要用这个连接就行了。再延伸，把createConnection方法放到一个Callable的call方法里面，然后生成FutureTask。我们只需要让一个线程执行FutureTask的run方法，其它的线程只执行get方法就好了。

public class ConnectionPool { private ConcurrentHashMap<String, FutureTask<Connection>> pool = new ConcurrentHashMap<String, FutureTask<Connection>>(); public Connection getConnection(String key) throws InterruptedException, ExecutionException { FutureTask<Connection> connectionTask = pool.get(key); if (connectionTask != null) { return connectionTask.get(); } else { Callable<Connection> callable = new Callable<Connection>() { @Override public Connection call() throws Exception { return createConnection(); } }; FutureTask<Connection> newTask = new FutureTask<Connection>(callable); connectionTask = pool.putIfAbsent(key, newTask); if (connectionTask == null) { connectionTask = newTask; connectionTask.run(); } return connectionTask.get(); } } public Connection createConnection() { return new Connection(); } class Connection { } }

推演一遍：当3个线程同时进入else语句块时，各自都创建了一个FutureTask，但是ConcurrentHashMap只会加入其中一个。第一个线程执行pool.putIfAbsent方法后返回null，然后connectionTask被赋值，接着就执行run方法去创建连接，最后get。后面的线程执行pool.putIfAbsent方法不会返回null，就只会执行get方法。

在并发的环境下，通过FutureTask作为中间转换，成功实现了让某个方法只被一个线程执行。