并发编程 | Future是如何优化程序性能

news2024/12/25 13:54:40

在初识Future一文中介绍了Future的核心方法。本文中接着介绍如何用Future优化我们的程序性能。在此之前，有必要介绍Future接口的一个实现类FutureTask。

FutureTask介绍

FutureTask继承结构

首先我们看一下FutureTask的继承结构：

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>{
 ...
}

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    void run();
}

可以看出，FutureTask实现了RunnableFuture接口，而RunnableFuture继承了Runnable和Future，也就是说FutureTask既是Runnable，也是Future。所以 FutureTask 既可以作为 Runnable 被线程执行，又可以作为 Future 得到 Callable 的返回值。

下面的例子展示了FutureTask的简单用法：

class FutureTaskCallable implements Callable{
    @Override
    public String call() throws Exception {
        return "Hello FutureTask";
    }
}

public class FutureTaskExample1 {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        FutureTask<String> futureTask =
                new FutureTask<>(new FutureTaskCallable());

        Thread thread = new Thread(futureTask);
        thread.start();

        System.out.println("子线程返回值:" + futureTask.get());
    }
}

//输出
子线程返回值:Hello FutureTask

这段程序中，可以看出FutureTask类的构造函数是Callable类型；在创建了FutureTask对象后，然后将这个对象当作一个 Runnable 放到 new Thread() 中去执行，最后再用 FutureTask 的 get 得到子线程的返回结果。简单介绍完FutureTask，现在可以进入文章的主题了：如何利用Future优化我们的程序性能。

利用Future优化程序

考虑这样一个场景，小码哥突然心血来潮想练练字了，但是他现在手头连一只钢笔都没有，书桌也是乱糟糟的，于是他打算在网购一支钢笔，然后整理书桌，就开始练字，用代码实现这个场景

普通多线程版本

我们先来看普通的多线程版本是如何实现。

//购买钢笔任务
class BuyPenRunnable implements Runnable{
    private String pen;

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("【购买钢笔】：下单，等待送货上门");

        //模拟送货时间
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("【购买钢笔】：快递送到");
        pen = "神笔";
    }

    public String getPen() {
        return pen;
    }
}

public class CommomThreadExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        BuyPenRunnable buyPenRunnable = new BuyPenRunnable();
        Thread buyPenThread = new Thread(buyPenRunnable);
        buyPenThread.start();



        //模拟整理书桌耗时3000ms
        System.out.println("【整理书桌】：开始整理");
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("【整理书桌】：整理完了");

        //保证笔送到
        buyPenThread.join();

        //所有准备好，开始练字
        write(buyPenRunnable.getPen());

        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("总共用时 " + (endTime - startTime) + " ms");

    }

    private static void write(String pen){
        System.out.println("【开始写字】：" + pen);
    }
}


//输出
【购买钢笔】：下单，等待送货上门
【购买钢笔】：快递送到
【整理书桌】：开始整理
【整理书桌】：整理完了
【开始写字】：神笔
总共用时 5020 ms

这里尽管将购买钢笔和整理桌子并行化了，节省了时间，但是这个版本有2个问题：

通过 Runnable 实现任务，但为了获取结果，我们需要定义共享变量 pen，并提供一个方法 getPen() 来获取这个变量。
任务的取消和状态检查不方便。

Future实现

利用FutureTask实现上面的功能，代码如下：

//购买钢笔任务
class BuyPenCallable implements Callable {

    @Override
    public String call() {
        System.out.println("【购买钢笔】：下单，等待送货上门");

        //模拟送货时间
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("【购买钢笔】：快递送到");
        return "神笔";
    }
}


public class FutureTaskExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        long startTime = System.currentTimeMillis();

        Callable<String> buyPenCallable = () -> {
            System.out.println("【购买钢笔】：下单，等待送货上门");

            // 模拟送货时间
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("【购买钢笔】：快递送到");
            return "神笔";
        };

        FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(buyPenCallable);
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
        executor.submit(futureTask);

        // 模拟整理书桌耗时3000ms
        System.out.println("【整理书桌】：开始整理");
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println("【整理书桌】：整理完了");


        // 尝试取消任务，如果需要这么做
        //boolean cancelled = future.cancel(false); 
        
        // 等待获取笔的结果
        String pen = futureTask.get();

        // 所有准备好，开始练字
        write(pen);

        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("总共用时 " + (endTime - startTime) + " ms");

        executor.shutdown();
    }

    private static void write(String pen) {
        System.out.println("【开始写字】：" + pen);
    }
}