java并发编程Future类详解

article/2025/11/7 12:31:04

作用和举例

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future类的作用就是为了调用其他线程完成好后的结果，再返回到当前线程中，如上图举例：

小王自己是主线程，叫外卖等于使用future类，叫好外卖后小王就接着干自己的事去了，当外卖到了的时候，future.get获取，继续做接下来的事情

但要注意的是当还没获取外卖的时候，主线程中用餐这一步是卡住的

另一个实际项目中的例子：
在进行传统的 RPC（远程调用）时，同步调用 RPC 是一段耗时的过程。当客户端发出 RPC请求，服务端完成请求处理需要很长的一段时间才会返回，这个过程中客户端一直在等待，直到 数据返回随后再进行其他任务的处理。现有一个 Client 同步对三个 Server 分别进行一次 RPC调用。

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假设一次远程调用的时间为 500ms，则一个 Client 同步对三个 Server 分别进行一次 RPC 调 用的总时间，需要耗费 1500ms。如果节省这个总时间呢，可以使用 Future 模式对其进行改造，将同步的 RPC 调用改为异步并发的 RPC 调用，一个 Client 异步并发对三个 Server 分别进行一次 RPC 调用

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JDK中的Future实现

结构如下
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future接口定义的方法：

  • cancel()：如果等太久，你可以直接取消这个任务
  • isCancelled()：任务是不是已经取消了
  • isDone()：任务是不是已经完成了
  • get()：有2个get()方法，不带参数的表示无穷等待，或者你可以只等待给定时间

使用：

	//异步操作 可以用一个线程池ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);//执行FutureTask，相当于上例中的 client.request("name") 发送请求//在这里开启线程进行RealData的call()执行Future<String> future = executor.submit(new RealData("name"));System.out.println("请求完毕，数据准备中");try {//这里依然可以做额外的数据操作，这里使用sleep代替其他业务逻辑的处理Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {}//如果此时call()方法没有执行完成，则依然会等待System.out.println("数据 = " + future.get());

executor.submit()里传线程类
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走这里看源码
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	public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {if (task == null) throw new NullPointerException();// 根据Callable对象，创建一个RunnableFuture，这里其实就是FutureTaskRunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);//将ftask推送到线程池//在新线程中执行的，就是run()方法，在下面的代码中有给出execute(ftask);//返回这个Future，将来通过这个Future就可以得到执行的结果return ftask;}protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {return new FutureTask<T>(callable);}

RunnableFuture其实就是FutureTask
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FutureTask作为一个线程单独执行时，会将结果保存到outcome中，并设置任务的状态,下面是FutureTask的run()方法：
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Future类最关键的get实现
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FutureTask源码，关键在于awaitDone()方法里有park()阻塞了线程，成功后返回outcome
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outcome：保存的就是最终的计算结果，get/set里都有它
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Future模式的高阶版本—— CompletableFuture

Future模式虽然好用，但也有一个问题，那就是将任务提交给线程后，调用线程并不知道这个任务什么时候执行完，如果执行调用get()方法或者isDone()方法判断，可能会进行不必要的等待，那么系统的吞吐量很难提高。

CompletableFuture可以理解为Future模式的升级版本，它最大的作用是提供了一个回调机制，可以在任务完成后，自动回调一些后续的处理，这样，整个程序可以把“结果等待”完全给移除了。

例子：
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它可以在Future执行成功后，自动回调进行下一步的操作，因此整个程序不会有任何阻塞的地方（也就是说你不用去到处等待Future的执行，而是让Future执行成功后，自动来告诉你）。

CompletableFuture之所有会有那么神奇的功能，完全得益于AsyncSupply类（由上述代码中的supplyAsync()方法创建）
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作为Runnable，看他run的方法
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d.completeValue(f.get())就是你要执行的异步方法，结果会被保存下来，放到d.result字段中

d.postComplete()会调用后续一系列操作，在这个后续处理中，就会调用thenAccept()中的消费者，相当于Future完成后的通知

代码如下：

   final void postComplete() {//省略部分代码，重点在tryFire()里//在tryFire()里，真正触发了后续的调用，也就是thenAccept()中的部分f = (d = h.tryFire(NESTED)) == null ? this : d;}}}

实现自己的Future模式

还是用敖丙的例子，主要实现类如下：
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先定义接口

public interface Data {public String getResult ();
}

实现自己的future类：

public class FutureData implements Data {// 内部需要维护RealDataprotected RealData realdata = null;          protected boolean isReady = false;public synchronized void setRealData(RealData realdata) {if (isReady) { return;}this.realdata = realdata;isReady = true;//RealData已经被注入，通知getResult()notifyAll();                            			}//会等待RealData构造完成public synchronized String getResult() {        	while (!isReady) {try {//一直等待，直到RealData被注入wait();                        			} catch (InterruptedException e) {}}//真正需要的数据从RealData获取return realdata.result;                    		}
}

关键在于isReady这个布尔，while (!isReady)作为自旋锁，想要获取这个future的结果，他会一直等待，直到RealData被注入

RealData类：

public class RealData implements Data {protected final String result;public RealData(String para) {StringBuffer sb=new StringBuffer();//假设这里很慢很慢，构造RealData不是一个容易的事result =sb.toString();}public String getResult() {return result;}
}

Client类，目的是将RealData注入到FutureData

public class Client {//这是一个异步方法，返回的Data接口是一个Futurepublic Data request(final String queryStr) {final FutureData future = new FutureData();new Thread() {                                      public void run() {                    	// RealData的构建很慢，所以在单独的线程中进行RealData realdata = new RealData(queryStr);//setRealData()的时候会notify()等待在这个future上的对象future.setRealData(realdata);}                                               }.start();// FutureData会被立即返回，不会等待RealData被构造完return future;                        		}
}

mian方法通过data.getResult()拿数据

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RealDataData data = client.request("name");System.out.println("请求完毕");try {//这里可以用一个sleep代替了对其他业务逻辑的处理//在处理这些业务逻辑的过程中，RealData被创建，从而充分利用了等待时间Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {}//使用真实的数据，如果到这里数据还没有准备好，getResult()会等待数据准备完，再返回System.out.println("数据 = " + data.getResult());
}

自己实现就拿wait简单处理，future类使用park阻塞

总结

Future 模式的核心思想是异步调用，有点类似于异步的 Ajax 请求。当调用某个耗时方法时, 可以不急于立刻获取结果，可以让被调用者立刻返回一个契约（或异步任务）, 并且将耗时的方法放到另外线程执行，后续凭契约再去获取异步执行的结果。

在具体的实现上，Future 模式和异步回调模式既有区别，又有联系。Java 的 Future 模式实现，没有实现异步回调模式，仍然需要主动去获取耗时任务的结果；而 Java 8 中的 CompletableFuture，实现了异步回调模式。

参考：
JAVA Future类详解

更详细的可以看这一遍
Future模式与异步回调模式


http://chatgpt.dhexx.cn/article/sbaLZ2hd.shtml

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