简析Java中的util.concurrent.Future接口

2024-12-03 10:45:15

在一个单线程应用中，当你调用一个方法只有计算结束才会返回结果( IOUtils.toString() comes from Apache Commons IO ):

public String downloadContents(URL url) throws IOException {
  try(InputStream input = url.openStream()) {
    return IOUtils.toString(input, StandardCharsets.UTF_8);
  }
}

//...

final Future<String> contents = downloadContents(new URL("http://www.example.com"));

downloadContents() 看上去是无害的, 但是它需要任意长的时间来完成。同时，为了减少延迟，在等待结果的期间，你可能需要同时独立的处理其它的工作。以前你可能会启动一个新的线程或者等待结果(共享内存，锁，糟糕的 wait()/notify()对).

通过 Future<T> 模式，它会变得明朗：

public static Future<String> startDownloading(URL url) {
  //...
}

final Future<String> contentsFuture = startDownloading(new URL("http://www.example.com"));
//other computation
final String contents = contentsFuture.get();

我们马上会实现 startDownloading(), startDownloading（）不会被阻塞，而是等待外部的站点回应，你理解这一原则是很重要的。相反，如果它快速返回了，返回一个轻量级的Future<String> 对象。这个对象是一个promise那么将来字符串类型就是可用的,虽然我们不知道什么时候，但是会保留这个引用直到它返有结果返回，你就可以通过Future.get()来获取它。换句话说，Future是一个代理或者一个对象的包装，不是真实的目标对象。一旦异步计算完成，你就可以提取它。那么Future提供了什么样的接口呢？

Future.get()是最重要的方法。它阻塞和等待直到承诺的结果是可用状态，因此如果我们确实需要这个字符串，就调用get() 方法然后等待。还有一个接受超时参数的重载版本，如果哪里出现问题你就不用一直等待下去，超过设定时间就会抛出 TimeoutException。

在某些情况下，你可能想不停地偷偷看看Future是否可用了。这可以通过isDone()来完成。想象一个情景，你的用户等待某些异步的计算，你想让他知道这种情况，同时去做一些其它的计算：

final Future<String> contentsFuture = startDownloading(new URL("http://www.example.com"));
while (!contentsFuture.isDone()) {
  askUserToWait();
  doSomeComputationInTheMeantime();
}
contentsFuture.get();

最后Future.get()调用的内容会保证马上返回，不会被阻塞，因为Future.isDone() 返回了true。如果你遵循这个模式，就不会忙于每秒百万次的交替等待和调用isDone()。

取消futrues是最后一个我们还没有覆盖到的。想象你启动了异步的工作并且你只能等待一些时间，如果2秒钟后，我们放弃，或者把错误传递出去，或者采用临时方案解决它。然而，你是一个好市民，你应该告诉这个future对象：我不需要你了，你别管了。那么你可以通过停止过时的任务，来节约资源。语法很简单：

contentsFuture.cancel(true);  //meh...

我们都喜欢隐藏的，布尔类型的参数，对吗？取消可以通过两种方式来实现：在任务启动前通过传递false参数来取消，前提是当Future表达的结果计算开始之前。一旦Callable.call()已经运行到一半，那么我们想让它结束，如果我们传递true，那么Future.call()就会具有侵入性，试图打断正在运行的工作。你觉得这样好吗？现象那些抛出InterruptedException这个声名狼藉的异常的方法,如Thread.sleep(), Object.wait(),Condition.await(),等，甚至包括Future.get(). 如果你被阻塞在这种方法并且有人决定取消你的调用，他们会毫无疑问的抛出InterruptionException，并发出有人要打断当前运行的任务。

因此我们现在明白了Future是什么--- 一个占位符，你可以在未来得到目标对象。就像对于一辆车,还没有制造出来的钥匙。但是你怎样才能在应用程序中获得Future的实例？两种最普通的资源是线程池和异步方法(线程池支持)。因此, startDownloading()方法可以被重写为：

private final ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);

public Future<String> startDownloading(final URL url) throws IOException {
  return pool.submit(new Callable<String>() {
    @Override
    public String call() throws Exception {
      try (InputStream input = url.openStream()) {
        return IOUtils.toString(input, StandardCharsets.UTF_8);
      }
    }
  });
}

虽然有大量的繁琐的语法问题，但是基本思想是简单的：把需要长时间运行的计算包装到可调用的<String>，并submit()到线程池,这个线程池包含10个线程。提交后返回Future<String>的实现，就像以某种方式链接到你的任务和线程池。明显的你的任务不会被立即执行，相反它被放到一个队列中，稍后会被线程拉出来，现在需要搞清楚cancel()的两个特别的意义是什么——你可以取消在队列中停留的任务，也可以取消早已运行的任务，但这是一件比较复杂的事情。

你还可以在Spring 和 EJB 碰上Future。比如Spring框架的中你可以为方法加入@Async的注解：

@Async
public Future<String> startDownloading(final URL url) throws IOException {
  try (InputStream input = url.openStream()) {
    return new AsyncResult<>(
        IOUtils.toString(input, StandardCharsets.UTF_8)
    );
  }
}

注意，我们简单地通过包装结果到AsyncResult来实现Future，但是这个方法本身不会与线程池交互或者异步处理。稍后 Spring会代理所有的调用来startDownloading()并在线程池中执行。在EJB中，相同的特性通过加@Asynchronousannotation 来完成。

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