Java 并行程序设计模式 （Future 模式）

2024-04-13 08:38
文章标签 java 设计模式 模式 future 并行程序

本文主要是介绍Java 并行程序设计模式 （Future 模式），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

并行设计模式属于设计优化的一部分，它是对一些常用的多线程结构的总结和抽象。与串行程序相比，并行程序的结构通常更为复杂。因此，合理的使用并行模式在多线程开发中，更具有积极意义。并行程序设计模式主要有 Future模式 、 Master-Worker模式、Guarded Suspension模式、不变模式和生产者-消费者模式，本文主要讲解   Future模式

Future模式的核心在于去除了主函数的等待时间，并使得原本需要等待的时间段可以用于处理其他的业务逻辑，从而充分利用计算机资源。


Future模式的代码实现：


（1）Data的实现
Data是一个接口，提供了getResult()方法。无论FutureData或者RealData都实现了这个接口
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public interface Data {
     public String getResult();
}
（2）RealData
RealData是最终的要返回的数据，比较慢，用sleep模拟
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import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class RealData implements Data {
     
     protected final String result;
     
     public RealData(String para){
         //realData的构造可能很慢，需要用户等待很久，这里使用sleep模拟
         StringBuffer sBuffer =  new  StringBuffer();
         for  (int i = 0; i < 5; i++) {
             sBuffer.append(para).append( "|" );
             //sleep 3秒模拟耗时
             try  {
                 TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
             }  catch  (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         }
         System.out.println( "真实数据生成完毕" );
         result = sBuffer.toString();
     }
     public String getResult() {
         return  result;
     }
}
（3） FutureData 
         FutureData 实现了一个快速返回的RealData包装。它只是一个包装，可以很快被构造并返回。当使用FutureData的getResult()方法时，程序会阻塞，等到RealData被注入到程序中，才使用RealData的getResult（）方法返回

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package com.tlk.chapter4.future2;
public class FutureData implements Data {
     protected RealData realData =  null ;  //FutureData是RealData的包装
     protected boolean isReady =  false ;
     
     
     public synchronized  void setRealData(RealData realData){
         if  (isReady) {
             return ;
         }
         this .realData = realData;
         isReady =  true ;
          notifyAll();                  //RealData已经被注入，通过getResult()
     }
     
     public synchronized String getResult() {
         while (!isReady){
             try  {
                 wait();      //一直等待，直到RealData被注入
             }  catch  (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         }
         
         return  realData.result;  //RealData实现的返回的结果
     }
}
（4） Client的实现
Client主要实现了获取FutureData，开启构造RealData的线程，并在接受请求后，很快的返回FutureData
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package com.tlk.chapter4.future2;
/**
  * Client 主要实现了获取FutureData，开启构造RealData的线程，并在接受请求后，很快的返回FutureData
  * @author tanlk
  * @date 2017年7月20日下午5:11:20
  */
public class Client {
     public Data request(final String queryStr){
         final FutureData future =  new  FutureData();
         
         new  Thread(){
             public void run() {
                 RealData realData =  new  RealData(queryStr);
                 future.setRealData(realData);
             };
         }.start();
         
         return  future;
     }
}
（5） Main函数的实现 
主要负责调用Client发起请求，并使用返回的数据
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package com.tlk.chapter4.future2;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Main {
     
     public static void main(String[] args) {
         Client client =  new  Client();
         
         Data data = client.request( "hello" );
         
         System.out.println( "请求完毕" );
         try  {
             //处理其他耗时任务
             TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
         }  catch  (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         }
         
         System.out.println(data.getResult());
     }
}
上诉代码用到的最主要的就是线程的等待和唤醒，wait()和notifyAll()

JDK  内置Future模式的实现

核心结构示意图


其中，最重要的模块是FutureTask类，它实现了Runnable接口，作为单独的线程运行。在其run()方法中，通过Sync内部类，调用Callable接口，并维护Callable接口返回的对象。当使用FutureTask.get()方法时，将返回Callable接口的返回对象。


1. 通过实现Callable接口的call（）方法，指定FutureTask的实际工作内容和返回对象。

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import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TrueData implements Callable<String> {
     private String para;
     
     public TrueData(){
         
     }
     
     public TrueData(String para){
         this .para = para;
     }
     
     public String call() throws Exception {
         //trueData的构造可能很慢，需要用户等待很久，这里使用sleep模拟
         StringBuffer sBuffer =  new  StringBuffer();
         for  (int i = 0; i < 5; i++) {
             sBuffer.append(para).append( "|" );
             //sleep 1秒模拟耗时
             try  {
                 TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
             }  catch  (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
             }
         }
         System.out.println( "真实数据生成完毕" );
         return  sBuffer.toString();
     }
}

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import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.TimeoutException;
public class FutureTaskTest {
     public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
         
         FutureTask<String> future =  new  FutureTask<String>( new  TrueData( "hi" ));
         
         ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
         //执行FutureTask，相当于上例的client。request（）发送请求
         //在这里开启线程进行TrueData的call（）执行
         executor.submit(future);
         System.out.println( "请求完毕" );
         try  {
             //执行其他耗时任务
             TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
         }  catch  (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         }
         //发现最终执行结果是真实数据生成完毕，即异步任务并没有被cancel而是一直执行完毕，这样看来这个cancel方法有点名不副实啊
         //我们如果查看FutureTask的源码就会发现cancel只不过是调用了Thread的interrupt方法，而interrupt只能是停掉线程中有sleep,wait,join
         //逻辑的线程，抛出一个InterruptException。这样看来FutureTask的cancel方法并不能停掉一切正在执行的异步任务
         //future.cancel(true);
         //System.out.println("超时获取数据：" + future.get(1, TimeUnit.SECONDS)); //会抛出java.util.concurrent.TimeoutException
         System.out.println( "数据："  + future.get());
     }
}
注意：查看FutureTask的源码就会发现cancel只不过是调用了Thread的interrupt方法，而interrupt只能是停掉线程中有sleep,wait,join逻辑的线程，抛出一个InterruptException。这样看来FutureTask的cancel方法并不能停掉一切正在执行的异步任务

这篇关于Java 并行程序设计模式 （Future 模式）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/899658。

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