Java多线程编程中，常用的多线程设计模式包括：Future模式、Master-Worker模式、Guarded Suspeionsion模式、不变模式和生产者-消费者模式等。这篇文章主要讲述Future模式。
一.Future模式核心思想
Future模式的核心在于：去除了主函数的等待时间，并使得原本需要等待的时间段可以用于处理其他业务逻辑（根据《Java程序性能优化》）。
Future模式有点类似于商品订单。在网上购物时，提交订单后，在收货的这段时间里无需一直在家里等候，可以先干别的事情。类推到程序设计中时，当提交请求时，期望得到答复时，如果这个答复可能很慢。传统的时一直等待到这个答复收到时再去做别的事情，但如果利用Future设计模式就无需等待答复的到来，在等待答复的过程中可以干其他事情。
例如如下的请求调用过程时序图。当call请求发出时，需要很长的时间才能返回。左边的图需要一直等待，等返回数据后才能继续其他操作；而右边的Future模式的图中客户端则无需等到可以做其他的事情。服务器段接收到请求后立即返回结果给客户端，这个结果并不是真实的结果（是虚拟的结果），也就是先获得一个假数据，然后执行其他操作。
二. Future模式Java实现
Client的实现
Client主要完成的功能包括：1. 返回一个FutureData；2.开启一个线程用于构造RealData。
package com.bijian.study;
public class Client {
public Data request(final String string) {
final FutureData futureData = new FutureData();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//RealData的构建很慢，所以放在单独的线程中运行
RealData realData = new RealData(string);
futureData.setRealData(realData);
}
}).start();
return futureData; //先直接返回FutureData
}
}
Data的实现
无论是FutureData还是RealData都实现该接口。
package com.bijian.study;
public interface Data {
String getResult() throws InterruptedException;
}
FutureData的实现
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。
package com.bijian.study;
//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
public class FutureData implements Data {
RealData realData = null; //FutureData是RealData的封装
boolean isReady = false; //是否已经准备好
public synchronized void setRealData(RealData realData) {
if (isReady) {
return;
}
this.realData = realData;
isReady = true;
notifyAll(); //RealData已经被注入到FutureData中了，通知getResult()方法
}
@Override
public synchronized String getResult() throws InterruptedException {
if (!isReady) {
wait(); //一直等到RealData注入到FutureData中
}
return realData.getResult();
}
}
RealData的实现
RealData是最终需要使用的数据，它的构造函数很慢。
package com.bijian.study;
public class RealData implements Data {
protected String data;
public RealData(String data) {
//利用sleep方法来表示RealData构造过程是非常缓慢的
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
this.data = "Real " + data;
}
@Override
public String getResult() {
return data;
}
}
测试运行
主函数主要负责调用Client发起请求，并使用返回的数据。
package com.bijian.study;
public class Application {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Client client = new Client();
//这里会立即返回，因为获取的是FutureData，而非RealData
Data data = client.request("name");
//这里可以用一个sleep代替对其他业务逻辑的处理
//在处理这些业务逻辑过程中，RealData也正在创建，从而充分了利用等待时间
Thread.sleep(2000);
//使用真实数据
System.out.println("数据=" + data.getResult());
}
}
运行结果：
数据=Real name
三.Future模式的JDK内置实现
由于Future是非常常用的多线程设计模式，因此在JDK中内置了Future模式的实现。这些类在java.util.concurrent包里面。其中最为重要的是FutureTask类，它实现了Runnable接口，作为单独的线程运行。在其run()方法中，通过Sync内部类调用Callable接口，并维护Callable接口的返回对象。当使用FutureTask.get()方法时，将返回Callable接口的返回对象。同样，针对上述的实例，如果使用JDK自带的实现，则需要作如下调整。
首先，Data接口和FutureData就不需要了，JDK帮我们实现了。
其次，RealData改为这样：
package com.bijian.study;
import java.util.concurrent.Callable;
public class RealData implements Callable<String> {
protected String data;
public RealData(String data) {
this.data = data;
}
@Override
public String call() throws Exception {
//利用sleep方法来表示真是业务是非常缓慢的
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return "Real " + data;
}
}
最后，在测试运行时，这样调用：
package com.bijian.study;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.FutureTask;
public class Application {
public static void main(String[] args) throws Exception {
FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(new RealData("name"));
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1); //使用线程池
//执行FutureTask，相当于上例中的client.request("name")发送请求
executor.submit(futureTask);
//这里可以用一个sleep代替对其他业务逻辑的处理
//在处理这些业务逻辑过程中，RealData也正在创建，从而充分了利用等待时间
Thread.sleep(2000);
//使用真实数据
//如果call()没有执行完成依然会等待
System.out.println("数据=" + futureTask.get());
//当线程池调用该方法时,线程池的状态则立刻变成SHUTDOWN状态,以后不能再往线程池中添加任何任务，否则将会抛出RejectedExecutionException异常。
//但是，此时线程池不会立刻退出，直到添加到线程池中的任务都已经处理完成，才会退出。 与它相似的还有一个shutdownNow()，它通过调用Thread.interrupt来实现线程的立即退出。
executor.shutdown();
}
}
运行结果：
数据=Real name