1、Future模式解析

Future模式是多线程开发中非常常见的一种设计模式，它的核心思想是异步调用。当我们需要调用一个函数时，如果这个函数执行得很慢，那么我们就要等待。但有时候，我们可能并不急着要结果。因此，我们可以让被调者立即返回，让它在后台慢慢处理这个请求。对于调用者来说，则可以先处理一些其他任务，在真正需要数据的场合再去尝试获得需要的数据。

Future模式有点类似在网上买东西。如果我们在网上下单买了一部手机，当我们支付完成后，手机并没有办法立即送到家里，但是在电脑上会立即产生一个订单。这个订单就是将来发货或者领取手机的重要凭证，这个凭证也就是Future模式中会给出的一个契约。在支付活动结束后，大家不会傻傻地等着手机到来，而是各忙各的。而这张订单就成了商家配货、发货的驱动力。当然，这一切你并不用关心，你要做的只是在快递上门时收货而已。

对于Future模式来说，虽然它无法立即给出你需要的数据，但是它会返回一个契约给你，将来你可以凭借这个契约去重新获取需要的信息。

下图显示了如何通过传统的同步方法调用一段非常耗时的程序。

使用Future模式替换原来的实现方式，可以改进其调用流程，如下图所示：

下图展示了一个广义Future模式的实现，从Data_Future对象可以看到，虽然call本身仍然需要很长一段时间处理程序，但是服务程序不等数据处理完成便立即返回给客户端一个伪造的数据（相当于商品的订单，而不是商品本身），实现了Future模式的客户端在拿到这个返回结果后，并不急于处理，而是调用了其他业务逻辑，充分利用了等待时间，这就是Future模式的核心所在。在完成了其他业务逻辑的处理后，再使用返回比较慢的Future数据。在整个调用过程中，不存在无谓的等待，充分利用了所有的时间片段，从而提高了系统的响应速度。

2、Future模式的主要参与者

为了让大家能够更清晰地认识Future模式的基本结构。在这里给出一个非常简单的Future模式的实现，它的主要参与者如下表所示：

它的核心结构如下图所示：

3、Future模式的简单实现

在这个实现中，有一个核心接口Data，这就是客户端希望获取的数据。在Future模式中，这个Data接口有两个重要的实现，一个是RealData，也就是真实数据，它是我们最终需要获得的、有价值的信息。另外一个就是FutureData，它是用来提取RealData的一个“订单”，因此FutureData可以立即返回。

下面是Data接口：

FutureData实现了一个快速返回的RealData包装。它只是一个包装，或者说是一个RealData的虚拟实现。因此，它可以很快被构造并返回。当使用FutrueData的getResult()方法时，如果实际的数据没有准备好，那么程序就会阻塞，等RealData准备好并注入FutureData中才最终返回数据。

注意：FutureData是Future模式的关键。它实际上是真实数据RealData的代理，封装了获取RealData的等待过程。

RealData是最终需要使用的数据模型，它的构造很慢，我们用sleep()函数简单地模拟一个字符串的构造：

接下来就是客户端程序，Client主要实现了获取FutureData并开启构造RealData的线程，在接受请求后，很快返回FutureData。注意，它不会等待数据真的构造完毕再返回，而是立即返回FutureData，即使这时FutureData内并没有真实数据。

最后，就是我们的主函数Main()，它主要负责调用Client发起请求，并消费返回的数据：

4、JDK中的Future模式

Future模式很常用，因此JDK内部已经为我们准备好了一套完整的实现。显然，这个实现要比我们前面提出的方案复杂得多。本节简单向大家介绍一下它的使用方式。

首先，让我们看一下Future模式的基本结构，如下图所示：

其中Future接口类似于前文描述的订单或者契约。通过它，你可以得到真实的数据。RunnableFuture继承了Future和Runnable两个接口，其中run()方法用于构造真实的数据。它有一个具体的实现类FutureTask。FutureTask类有一个内部类Sync，一些实质性的工作会委托Sync类实现。Sync类最终会调用Callable接口，完成实际数据的组装工作。

Callable接口只有一个方法call()，它会返回需要构造的实际数据。这个Callable接口也是Future框架和应用程序之间的重要接口。要实现自己的业务系统，通常需要实现自己的Callable对象。此外，FutureTask类也与应用密切相关，通常可以使用Callable实例构造一个FutureTask实例，并将它提交给线程池。

下面我们将展示这个内置的Future模式的使用方法：

上述代码实现了Callable接口，它的call()方法会构造我们需要的真实数据并将其返回。当然这个过程可能是缓慢的，这里使用Thread.sleep()方法模拟它：

上述代码就是使用Future模式的典型案例。第4行构造了FutureTask对象实例，表示这个任务是有返回值的。构造FutureTask时，使用Callable接口告诉FutureTask我们需要的数据应该如何产生。接着在第8行将FutureTask提交给线程池。显然，作为一个简单的任务提交，这里必然是立即返回的，因此程序不会阻塞。接下来，我们不用关心数据是如何产生的，可以去做一些其他事情，然后在需要的时候通过future.get()方法（第18行）得到真实数据。

除基本的功能外，JDK还为Future接口提供了一些简单的控制功能：

5、Guava对Future模式的支持

在JDK自带的简单Future模式中，虽然我们可以使用future.get()方法得到Future的处理结果，但是这个方法是阻塞的，因此并不利于我们开发高并发应用程序。在Guava中，增强了Future模式，增加了对Future完成时的回调接口，使得Future执行完成时可以自动通知应用程序进行后续处理。

使用Guava改写上一节中的FutureMain可以得到更好的效果：

上述代码第3行使用MoreExecutors.listeningDecorator()方法将一个普通的线程池包装为一个包含通知功能的Future线程池。第5行将Callable任务提交到线程池中，并得到一个ListenableFuture。与Future相比，ListenableFuture拥有完成时的通知功能。第7行向ListenableFuture中添加回调函数，即当Future执行完成后，执行第8到14行的回调代码。

执行上述代码，得到：

可以看到，Future的执行并没有阻塞主线程，主线程很快正常结束。而当Future执行完成后，自动回调了第8～14行的业务代码，整个过程没有阻塞，可以更好地提升系统的并行度。

常见代码如下，增加了对异常的处理：

上述代码使用Futures工具类将FutureCallback接口注册到给定的Future中，从而增加了对Future的异常处理。