java.util.concurrent.Future 類基礎

作者：Richard_sun 2013-02-26 09:23:16

在第一篇文章中，我們會討論最基本的java.util.concurrent.Future 接口。接下來我們會跳到其他的框架，庫，甚至是語言。 Future是有限制的，但是有必要去理解future的部分。

我通過《回到Future》這個工作主題開始寫一系列的關于探討編程語言的Futrure概念的文章。Futrues是非常重要的抽象，甚至隨著異步，事件驅動，并行和擴展系統的發展顯得更加重要。在第一篇文章中，我們會討論最基本的java.util.concurrent.Future 接口。接下來我們會跳到其他的框架，庫，甚至是語言。 Future是有限制的，但是有必要去理解future的部分。

在一個單線程應用中，當你調用一個方法只有計算結束才會返回結果( 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() 看上去是無害的, 但是它需要任意長的時間來完成。同時，為了減少延遲，在等待結果的期間，你可能需要同時獨立的處理其它的工作。以前你可能會啟動一個新的線程或者等待結果(共享內存，鎖，糟糕的 wait()/notify()對).

通過 Future<T> 模式，它會變得明朗：

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();

我們馬上會實現 startDownloading(), startDownloading（）不會被阻塞，而是等待外部的站點回應，你理解這一原則是很重要的。相反，如果它快速返回了，返回一個輕量級的Future<String> 對象。這個對象是一個promise那么將來字符串類型就是可用的,雖然我們不知道什么時候，但是會保留這個引用直到它返有結果返回，你就可以通過Future.get()來獲取它。換句話說，Future是一個代理或者一個對象的包裝，不是真實的目標對象。一旦異步計算完成，你就可以提取它。那么Future提供了什么樣的接口呢？

Future.get()是最重要的方法。它阻塞和等待直到承諾的結果是可用狀態，因此如果我們確實需要這個字符串，就調用get() 方法然后等待。還有一個接受超時參數的重載版本，如果哪里出現問題你就不用一直等待下去，超過設定時間就會拋出 TimeoutException。

在某些情況下，你可能想不停地偷偷看看Future是否可用了。這可以通過isDone()來完成。想象一個情景，你的用戶等待某些異步的計算，你想讓他知道這種情況，同時去做一些其它的計算：

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

最后Future.get()調用的內容會保證馬上返回，不會被阻塞，因為Future.isDone() 返回了true。如果你遵循這個模式，就不會忙于每秒百萬次的交替等待和調用isDone()。

取消futrues是最后一個我們還沒有覆蓋到的。想象你啟動了異步的工作并且你只能等待一些時間，如果2秒鐘后，我們放棄，或者把錯誤傳遞出去，或者采用臨時方案解決它。然而，你是一個好市民，你應該告訴這個future對象：我不需要你了，你別管了。那么你可以通過停止過時的任務，來節約資源。語法很簡單：

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

我們都喜歡隱藏的，布爾類型的參數，對嗎？取消可以通過兩種方式來實現：在任務啟動前通過傳遞false參數來取消，前提是當Future表達的結果計算開始之前。一旦Callable.call()已經運行到一半，那么我們想讓它結束，如果我們傳遞true，那么Future.call()就會具有侵入性，試圖打斷正在運行的工作。你覺得這樣好嗎？現象那些拋出InterruptedException這個聲名狼藉的異常的方法,如Thread.sleep(), Object.wait(),Condition.await(),等，甚至包括Future.get(). 如果你被阻塞在這種方法并且有人決定取消你的調用，他們會毫無疑問的拋出InterruptionException，并發出有人要打斷當前運行的任務。

因此我們現在明白了Future是什么--- 一個占位符，你可以在未來得到目標對象。就像對于一輛車,還沒有制造出來的鑰匙。但是你怎樣才能在應用程序中獲得Future的實例？兩種最普通的資源是線程池和異步方法(線程池支持)。因此, startDownloading()方法可以被重寫為：

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); 
            } 
        } 
    }); 
}

雖然有大量的繁瑣的語法問題，但是基本思想是簡單的：把需要長時間運行的計算包裝到可調用的<String>，并submit()到線程池,這個線程池包含10個線程。提交后返回Future<String>的實現，就像以某種方式鏈接到你的任務和線程池。明顯的你的任務不會被立即執行，相反它被放到一個隊列中，稍后會被線程拉出來，現在需要搞清楚cancel()的兩個特別的意義是什么——你可以取消在隊列中停留的任務，也可以取消早已運行的任務，但這是一件比較復雜的事情。

你還可以在Spring 和 EJB 碰上Future。比如Spring框架的中你可以為方法加入@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，我們簡單地通過包裝結果到AsyncResult來實現Future，但是這個方法本身不會與線程池交互或者異步處理。稍后 Spring會代理所有的調用來startDownloading()并在線程池中執行。在EJB中，相同的特性通過加@Asynchronousannotation 來完成。

我們學到了許多java.util.concurrent.Future的知識。現在我們不得不承認，接口非常有限，特別是在和其它語言作對比的時候。稍后介紹更多。

你是否不熟悉java 7 中的 try-with-resources Future 模式？那現在最好是遷移到java7上。java 6 在未來2周后將不再維護更新。

原文鏈接：http://www.oschina.net/translate/java-util-concurrent-future-basics

責任編輯：張偉來源： oschina

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