并发模式（一）Future模式 顶
并行设计模式是对一些常用的多线程结构的总结和抽象，与串行程序设计相比，并行程序更复杂。
前言
常用的并发设计模式有Future模式、Master-Worker模式、Guarded Suspension模式、不变模式、生产者-消费者模式，在多线程环境中，合理使用模式，可以提高程序性能，优化程序设计。
接下来会记录这些模式的学习过程，一一成文，以便以后查阅和复习。
不变模式
不变模式的实现很简单，这里说明一下。不变模式天生就是多线程友好的。一个对象一旦被创建，则它的内部状态将永远不会发生改变，没有一个线程可以修改其内部状态和数据，同时内部状态也不会自行发生改变。基于这些特性，不变模式的对象，在多线程环境中不需要同步控制。
主要使用场景：
- 当对象创建后，其内部状态和数据不再发生任何变化；
- 对象需要被共享、被多线程频繁访问。
代码实现：
- final修饰类，确保不能被继承，没有子类；
- 所有属性私有化，并用final标记，确保不会被修改；
- 移除setter方法和其他所有修改自身属性的方法；
- 构造函数的参数包括所有的属性，提供赋值的窗口。
在JDK中，所有基本类型的包装类、String都是使用不变模式实现的。
Future模式
概念
Future模式是多线程设计常用的一种设计模式，类似商品订单。商品下单后，会立即得到下单成功的通知，客户不用等待后续商家的操作，只等配送到家即可，下单后到收到商品这段时间，客户可以做其他事情，不用在家等着商品。Future模式也类似Ajax的异步请求，不用等待处理结果。
处理流程
传统处理流程
客户端发出call请求，这个请求需要很长一段时间才能返回。客户端一直等待着，直到数据返回，随后进行其他业务处理。
Future模式流程
服务程序不需要等待数据处理完成便立即返回客户端伪造的数据（相当于商品的订单，而不是实际商品），客户端拿到这个返回结果后，并不急于对其处理，而是利用等待的时间，调用其他业务逻辑。这就是Future模式的核心所在。
主要参与者
Main：系统启动，调用client发出请求。 Client：返回Data对象，立即返回FutureData,并开启ClientThread线程装配RealData。 Data：返回数据的接口。 FutureData：Future数据，构造很快，但是是一个虚拟的数据，需要装配RealData。 RealData：真实数据，其构造过程是比较慢的。
代码实现
Future模式结构图
Main
//Future的简单实现。
// 系统启动，调用client发出请求
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Client client = new Client();
//这里会立即返回，因为得到的是FutureData,而不是RealData
Data data = client.request("name");
System.out.println("发送请求完毕。。。");
try {
//模拟其他业务逻辑处理
//处理过程中，RealData被创建，充分利用了等待的时间。
System.out.println("Main 正在调用其他业务逻辑。。。");
Thread.sleep(1000);
System.out.println("Main 其他业务处理完成。。。");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//使用真实的数据
System.out.println("数据= " + data.getResult());
}
}Client
//返回Data对象，立即返回FutureData,并开启ClientThread线程装配RealData
public class Client {
public Data request(final String requestStr){
final FutureData future=new FutureData();
//RealData构建过程很慢，所以在单独的线程中进行
new Thread(){
@Override
public void run() {
RealData realData=new RealData(requestStr);
future.setRealData(realData);
}
}.start();
return future;//future会被立即返回
}
}Data
//返回数据的接口
public interface Data {
public String getResult();
}FutureData
//Future数据，构造很快，但是是一个虚拟的数据，需要装配RealData
//FutureData是Future模式的核心，是RealData的真实代理，封装了等待RealData的过程。
public class FutureData implements Data {
protected RealData realData=null;//FutureData是RealData的包装
protected boolean isReady=false;
public synchronized void setRealData(RealData realData){
if (isReady){
return;
}
this.realData=realData;
isReady=true;
notifyAll();//RealData已被注入，通知getResult()
}
@Override
public synchronized String getResult() {
//等待RealData构造完成
while (!isReady){
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return realData.result;//由RealData实现
}
}RealData
//真是数据，其构造过程是比较慢的
public class RealData implements Data {
protected final String result;
public RealData(String para){
StringBuffer buffer=new StringBuffer();
System.out.println("RealData 正在构造真实数据。。。");
for (int i=0;i<10;i++){
buffer.append(para);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("RealData 真实数据构造完成。。。");
result=buffer.toString();
}
@Override
public String getResult() {
return result;
}
}FutureData其实是RealData的一个代理，实现RealData的延迟效果。
JDK的内置实现
JDK内置的Future模式
代码优化
使用JDK内置的Future模式优化代码，首先要实现Callable这个接口，Data、FutureData、Client对象就不需要了。
RealData
public class RealData implements Callable<String> {
private String para;
public RealData(String para) {
this.para = para;
}
//call中写具体的业务逻辑
@Override
public String call() throws Exception {
//模拟真实业务逻辑，执行很慢
StringBuffer buffer=new StringBuffer();
System.out.println("RealData 正在构造真实数据。。。");
for (int i=0;i<10;i++){
buffer.append(para);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("RealData 真实数据构造完成。。。");
return buffer.toString();
}
}Main
在Main方法中，直接通过RealData构造FutureTask，作为单独的线程运行。
public class Main {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//构造FutureTask
FutureTask<String> future=new FutureTask<String>(new RealData("name"));
ExecutorService executor= Executors.newFixedThreadPool(1);
//执行FutureTask,相当于client.request()发送请求
//开启线程进行RealData的call()执行
executor.submit(future);
System.out.println("发送请求完毕");
try {
System.out.println("Main 正在调用其他业务逻辑。。。");
Thread.sleep(2000);
System.out.println("Main 其他业务处理完成。。。");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//使用真实的数据
//相当于data.getResult()，取得call()方法的返回值
//如果call()方法没有执行完成，则依然会等待
System.out.println("数据= " + future.get());
}
}Future模式的核心在于除了主函数中的等待时间，并使得原本需要等待的时间可以用于其他业务逻辑的处理，充分利用了计算机资源，提高系统性能。
参考资料
葛一鸣：Java程序性能优化-让你的Java程序更快、更稳定
腾讯云开发者
