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Java8 - Future 接口_建模

Pre

并不希望因为等待某些服务的响应，阻塞应用程序的运行，浪费CPU时钟周期。

这些场景体现了多任务程序设计的另一面。我们前面学习的分支/合并框架以及并行流是实现并行处理的宝贵工具；它们将一个操作分为多个子操作，在多个不同的核、CPU甚至是机器上并行地执行这些子操作。

与此相反，如果你的意图是实现并发，而非并行，或者你的主要目标是在同一个CPU上执行几个​松耦合​的任务，充分利用CPU的核，让其足够忙碌，从而最大化程序的吞吐量，那么你其实真正想做的是避免因为等待远程服务的返回，或者对数据库的查询，而阻塞线程的执行，浪费宝贵的计算资源，因为这种等待的时间很可能相当长。

​Future 接口，尤其是它的新版实现 CompletableFuture ，是处理这种情况的利器 .​

Java8 - Future 接口_建模_02

并行 VS 并发

Java8 - Future 接口_java_03

Future接口

Future 接口在Java 5中被引入，设计初衷是对将来某个时刻会发生的结果进行建模。​它建模了一种异步计算，返回一个执行运算结果的引用，当运算结束后，这个引用被返回给调用方。​

Java8 - Future 接口_java_04

在Future 中触发那些潜在的耗时的操作把调用线程解放出来，让它能继续执行其他有价值的工作，不再需要呆呆的等待耗时的操作完成。

打个比方，你可以把它想象成这样的场景：你拿了一袋子衣服到干洗店洗。干洗店的员工会给你张发票，告诉你什么时候你的衣服会洗好（​这就是一个 Future 事件​） 。 衣服干洗的同时，你可以去做其他的事情。

Future 的另一个优点是它比更底层的 Thread 更易用。要使用 Future ，通常你只需要将耗时的操作封装在一个 Callable 对象中，再将它提交给 ExecutorService ，就OK了。

Java8 - Future 接口_java_05

来看下例子

import java.util.concurrent.*;

/**
 * @author 小工匠
 * @version 1.0
 * @description: TODO
 * @date 2021/4/5 9:47
 * @mark: show me the code , change the world
 */
public class FutureTest {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, TimeoutException {

        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

        Future<String> future = executorService.submit(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                return "I'm OK ";
            } catch (InterruptedException e) {
                return "I'm Error ";
            }
        });



        while(!future.isDone()){
            Thread.sleep(10);
        }

        // 超时时间的阻塞
        // future.get(10,TimeUnit.SECONDS);
        // 调用get 阻塞
        System.out.println(future.get());

        executorService.shutdown();
    }
}

使用 Future 以异步的方式执行一个耗时的操作

Java8 - Future 接口_建模_06

这种编程方式让你的线程可以在 ExecutorService 以并发方式调用另一个线程执行耗时操作的同时，去执行一些其他的任务。

接着，如果你已经运行到没有异步操作的结果就无法继续任何有意义的工作时，可以调用它的 get 方法去获取操作的结果。

如果操作已经完成，该方法会里立刻返回操作的结果，否则它会阻塞你的线程，直到操作完成，返回相应的结果。

你能想象这种场景存在怎样的问题吗？如果该长时间运行的操作永远远不返回了会怎样？为了处理这种可能性，虽然 Future 提供了一个无需任何参数的 get 方法，我们还是推荐大家使用重载版本的 get 方法，它接受一个超时的参数，通过它，你可以定义你的线程等待 Future 结果的最长时间，而不是一直等待下去。

【使用 Future 以异步方式执行长时间的操作】

Java8 - Future 接口_建模_07

Future接口的局限性

通过上面的例子，我们知道 Future 接口提供了方法来检测异步计算是否已经结束（使用isDone 方法），等待异步操作结束 ，以及获取计算的结果。

但是这些特性还不足以让你编写简洁的并发代码。比如，我们很难表述 Future 结果之间的依赖性；从文字描述上这很简单，“当长时间计算任务完成时，请将该计算的结果通知到另一个长时间运行的计算任务，这两个计算任务都完成后，将计算的结果与另一个查询操作结果合并”。

但是，使用 Future 中提供的方法完成这样的操作又是另外一回事。这也是我们需要更具描述能力的特性的原因，比如下面这些。


  • 将两个异步计算合并为一个——这两个异步计算之间相互独立，同时第二个又依赖于第一个的结果
  • 等待 Future 集合中的所有任务都完成。
  • 仅等待 Future 集合中最快结束的任务完成（有可能因为它们试图通过不同的方式计算同一个值），并返回它的结果。
  • 通过编程方式完成一个 Future 任务的执行（即以手工设定异步操作结果的方式）。
  • 应对 Future 的完成事件（即当 Future 的完成事件发生时会收到通知，并能使用 Future计算的结果进行下一步的操作，不只是简单地阻塞等待操作的结果）。

Java8 - Future 接口_建模_08

了解新的 CompletableFuture 类（它实现了 Future 接口）如何利用Java 8的新特性以更直观的方式将上述需求都变为可能。

Stream 和 CompletableFuture 的设计都遵循了类似的模式：​它们都使用了Lambda表达式以及流水线的思想。​

从这个角度，你可以说CompletableFuture 和 Future 的关系就跟 Stream 和 Collection 的关系一样。

Java8 - Future 接口_Future_09