Java Future接口、Future模式理解

Future接口介绍：

在Java中，如果需要设定代码执行的最长时间，即超时，可以用Java线程池ExecutorService类配合Future接口来实现。 Future接口是Java标准API的一部分，在java.util.concurrent包中。Future接口是Java线程Future模式的实现，可以来进行异步计算。

Future模式可以这样来描述：我有一个任务，提交给了Future，Future替我完成这个任务。期间我自己可以去做任何想做的事情。一段时间之后，我就便可以从Future那儿取出结果。就相当于下了一张订货单，一段时间后可以拿着提订单来提货，这期间可以干别的任何事情。其中Future 接口就是订货单，真正处理订单的是Executor类，它根据Future接口的要求来生产产品。

Future接口提供方法来检测任务是否被执行完，等待任务执行完获得结果，也可以设置任务执行的超时时间。这个设置超时的方法就是实现Java程序执行超时的关键。

Future接口是一个泛型接口，严格的格式应该是Future，其中V代表了Future执行的任务返回值的类型。 Future接口的方法介绍如下：

• boolean cancel (boolean mayInterruptIfRunning) 取消任务的执行。参数指定是否立即中断任务执行，或者等等任务结束
• boolean isCancelled () 任务是否已经取消，任务正常完成前将其取消，则返回 true
• boolean isDone () 任务是否已经完成。需要注意的是如果任务正常终止、异常或取消，都将返回true
• V get () throws InterruptedException, ExecutionException  等待任务执行结束，然后获得V类型的结果。InterruptedException 线程被中断异常， ExecutionException任务执行异常，如果任务被取消，还会抛出CancellationException
• V get (long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException 同上面的get功能一样，多了设置超时时间。参数timeout指定超时时间，uint指定时间的单位，在枚举类TimeUnit中有相关的定义。如果计算超时，将抛出TimeoutException

Future的实现类有java.util.concurrent.FutureTask即 javax.swing.SwingWorker。通常使用FutureTask来处理我们的任务。FutureTask类同时又实现了Runnable接口，所以可以直接提交给Executor执行。使用FutureTask实现超时执行的代码如下：

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
FutureTask future =
       new FutureTask(new Callable() {//使用Callable接口作为构造参数
         public String call() {
           //真正的任务在这里执行，这里的返回值类型为String，可以为任意类型
       }});
executor.execute(future);
//在这里可以做别的任何事情
try {
	result = future.get(5000, TimeUnit.MILLISECONDS); //取得结果，同时设置超时执行时间为5秒。同样可以用future.get()，不设置执行超时时间取得结果
} catch (InterruptedException e) {
	futureTask.cancel(true);
} catch (ExecutionException e) {
	futureTask.cancel(true);
} catch (TimeoutException e) {
	futureTask.cancel(true);
} finally {
	executor.shutdown();
}

不直接构造Future对象，也可以使用ExecutorService.submit方法来获得Future对象，submit方法即支持以 Callable接口类型，也支持Runnable接口作为参数，具有很大的灵活性。使用示例如下：

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
FutureTask future =　executor.submit(
   new Callable() {//使用Callable接口作为构造参数
       public String call() {
      //真正的任务在这里执行，这里的返回值类型为String，可以为任意类型
   }});
//在这里可以做别的任何事情
//同上面取得结果的代码

Future模式：

 什么是future：future的原理是当你申请资源（计算资源或I/O资源）时，立即返回一个虚拟的资源句柄，当真正使用的时候，再将虚拟的句柄转化成真正的资源，相当于预获取。

 Future使用方法伪代码如下:

         Future::Future(Job_func):

                   Thread.run(Job_func);

         end

         Future::get_result():

                   While(result == NULL):

                            Thread.sleep()

                   Return result

         End

uture模式只有在并行运算的框架内才有意义。当一个逻辑操作设计的耗时操作比较多时，可以将耗时操作拆分成多个不太耗时的子操作，使子操作并行的执行，逻辑层依次获取子操作的结果。架设我们要执行一个逻辑操作，要求执行一次mysql查询，还要读一次文件，如果使用普通的同步方式：

Do:

query = Mysql_query()

file = File_read()

         Do_thing(query, file)

Done

使用future模式示例如下：

Do：

         Future a(Mysql_query)//! 非阻塞

         Future b(File_read) //! 非阻塞

         Query = a.get_result() //! 阻塞获取结果

         File = b.get_result()　//! 阻塞获取结果

         Do_thing(query, file)

Done

 

这样sql查询和读取文件实现了并行运行，同步等待的时间为二者开销较大的运行时间。

 适于使用future模式的时机：在客户端，我们常常需要阻塞的获取结果，通过future模式可以大大提高响应速度。而在服务端程序，阻塞操作会降低系统的吞吐量，future模式试用的范围较窄，一般服务端采用异步回调的方式，将耗时的操作并行化，再通过回调方式将结果合并。Future构造时生成了虚拟的结果，如果使用这个结果越晚，当get_result时越不容易阻塞，所以从生成future到获取结果的间隔越长，future模式的功效越大。

android中SafeAsyncTask异步操作类中使用：

/**
 * 使用JUC实现的异步任务处理类，该类实现异步任务处理外，还另外定义线程中断和捕捉异常声明周期方法
 * 使用限制: 不能处理任务进度
 *
 * @param 
 */
public abstract class SafeAsyncTask implements Callable {
    public static final int DEFAULT_POOL_SIZE = Runtime.getRuntime().availableProcessors() << 1;
    protected static final Executor DEFAULT_EXECUTOR = Executors.newFixedThreadPool(DEFAULT_POOL_SIZE);

    protected Handler handler;
    protected Executor executor;
    protected StackTraceElement[] launchLocation;
    protected FutureTask future;


    /**
     * Sets executor to Executors.newFixedThreadPool(DEFAULT_POOL_SIZE) and
     * Handler to new Handler()
     */
    public SafeAsyncTask() {
        this.executor = DEFAULT_EXECUTOR;
    }

    /**
     * Sets executor to Executors.newFixedThreadPool(DEFAULT_POOL_SIZE)
     */
    public SafeAsyncTask( Handler handler ) {
        this.handler = handler;
        this.executor = DEFAULT_EXECUTOR;
    }

    /**
     * Sets Handler to new Handler()
     */
    public SafeAsyncTask( Executor executor ) {
        this.executor = executor;
    }

    public SafeAsyncTask( Handler handler, Executor executor ) {
        this.handler = handler;
        this.executor = executor;
    }


    public FutureTask future() {
        future = new FutureTask( newTask() );
        return future;
    }

    public SafeAsyncTask executor( Executor executor ) {
        this.executor = executor;
        return this;
    }

    public Executor executor() {
        return executor;
    }

    public SafeAsyncTask handler( Handler handler ) {
        this.handler = handler;
        return this;
    }

    public Handler handler() {
        return handler;
    }

    public void execute() {
        execute(Thread.currentThread().getStackTrace());
    }

    protected void execute( StackTraceElement[] launchLocation ) {
        this.launchLocation = launchLocation;
        executor.execute( future() );
    }

    public boolean cancel( boolean mayInterruptIfRunning ) {
        if( future==null )
            throw new UnsupportedOperationException("You cannot cancel this task before calling future()");

        return future.cancel(mayInterruptIfRunning);
    }


    /**
     * @throws Exception, captured on passed to onException() if present.
     */
    protected void onPreExecute() throws Exception {}

    /**
     * @param t the result of {@link #call()}
     * @throws Exception, captured on passed to onException() if present.
     */
    @SuppressWarnings({"UnusedDeclaration"})
    protected void onSuccess( ResultT t ) throws Exception {}

    /**
     * Called when the thread has been interrupted, likely because
     * the task was canceled.
     *
     * By default, calls {@link #onException(Exception)}, but this method
     * may be overridden to handle interruptions differently than other
     * exceptions.
     *
     * @param e an InterruptedException or InterruptedIOException
     */
    protected void onInterrupted( Exception e ) {
        onException(e);
    }

    /**
     * Logs the exception as an Error by default, but this method may
     * be overridden by subclasses.
     *
     * @param e the exception thrown from {@link #onPreExecute()}, {@link #call()}, or {@link #onSuccess(Object)}
     * @throws RuntimeException, ignored
     */
    protected void onException( Exception e ) throws RuntimeException {
        onThrowable(e);
    }

    protected void onThrowable( Throwable t ) throws RuntimeException {
        Ln.e(t, "Throwable caught during background processing");
    }

    /**
     * @throws RuntimeException, ignored
     */
    protected void onFinally() throws RuntimeException {}


    protected Task newTask() {
        return new Task(this);
    }


    public static class Task implements Callable {
        protected SafeAsyncTask parent;
        protected Handler handler;

        public Task(SafeAsyncTask parent) {
            this.parent = parent;
            this.handler = parent.handler!=null ? parent.handler : new Handler(Looper.getMainLooper());
        }

        public Void call() throws Exception {
            try {
                doPreExecute();
                doSuccess(doCall());

            } catch( final Exception e ) {
                try {
                    doException(e);
                } catch( Exception f ) {
                    // logged but ignored
                    Ln.e(f);
                }

            } catch( final Throwable t ) {
                try {
                    doThrowable(t);
                } catch( Exception f ) {
                    // logged but ignored
                    Ln.e(f);
                }
            } finally {
                doFinally();
            }

            return null;
        }

        protected void doPreExecute() throws Exception {
            postToUiThreadAndWait( new Callable