怎麼用wait、notify巧妙的設計一個Future模式？

来源:https://www.cnblogs.com/starry-skys/archive/2020/02/23/12354336.html
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我們知道多線程可以實現同時執行多個任務（只是看起來是同時，其實是CPU的時間片切換特別快我們沒感覺而已）。 現在假設一個做飯的場景，你沒有廚具也沒有食材。你可以去網上買一個廚具，但是這段時間，你不需要閑著啊，可以同時去超市買食材。 設想這是兩個線程，主線程去買食材，然後開啟一個子線程去買廚具。但是， ...


我們知道多線程可以實現同時執行多個任務（只是看起來是同時，其實是CPU的時間片切換特別快我們沒感覺而已）。

現在假設一個做飯的場景，你沒有廚具也沒有食材。你可以去網上買一個廚具，但是這段時間，你不需要閑著啊，可以同時去超市買食材。

設想這是兩個線程，主線程去買食材，然後開啟一個子線程去買廚具。但是，子線程是需要返回一個廚具的。 如果用普通的線程，只有一個Run方法，而Run方法是沒有返回值的，這個時候該怎麼辦呢？

我們就可以用JDK提供的Future模式。在主線程買完食材之後，可以主動去獲取子線程的廚具。（本文認為讀者瞭解Future，因此不對Future用法做過多介紹）

代碼如下：

public class FutureCook {
    static class Chuju {

    }

    static class Shicai{

    }

    public static void cook(Chuju chuju,Shicai shicai){
        System.out.println("最後:烹飪中...");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        //第一步,網購廚具
        Callable<Chuju> shopping = new Callable<Chuju>(){

            @Override
            public Chuju call() throws Exception {
                System.out.println("第一步:下單");
                System.out.println("第一步:等待送貨");
                Thread.sleep(5000); //模擬送貨時間
                System.out.println("第一步:快遞送到");
                return new Chuju();
            }
        };

        FutureTask<Chuju> task = new FutureTask<Chuju>(shopping);
        new Thread(task).start();

        //第二步,購買食材
        Thread.sleep(2000);
        Shicai shicai = new Shicai();
        System.out.println("第二步:食材到位");

        //第三步,烹飪
        if(!task.isDone()){ //是否廚具到位
            System.out.println("第三步:廚具還沒到,請等待,也可以取消");
                        //①
//            task.cancel(true);
//            System.out.println("已取消");
//            return;
        }

        //嘗試獲取結果，如果獲取不到，就會進入等待狀態
        // 即main線程等待子線程執行結束才能繼續往下執行
        Chuju chuju = task.get();
        System.out.println("第三步:廚具到位,可以烹飪了");

        cook(chuju,shicai);

    }
}

返回結果：

第一步:下單
第一步:等待送貨
第二步:食材到位
第三步:廚具還沒到,請等待,也可以取消
第一步:快遞送到
第三步:廚具到位,可以烹飪了
最後:烹飪中...

以上代碼表示，子線程購買廚具消耗的時間比較長（假定5秒），而主線程購買食材比較快（2秒），所以我在第三步烹飪之前，先去判斷一下買廚具的線程是否執行完畢。此處肯定返回false，然後主線程可以選擇繼續等待，也可以選擇取消。（把①註釋打開即可測試取消）

我們可以看到，利用Future模式，可以把原本同步執行的任務改為非同步執行，可以充分利用CPU資源，提高效率。

現在，我用wait、notify的方式來實現和以上Future模式一模一樣的效果。

大概思想就是，創建一個FutureClient端去發起請求，通過FutureData先立即返回一個結果（此時相當於只返回一個請求成功的通知），然後再去開啟一個線程非同步地執行任務，獲取真實數據RealData。此時，主線程可以繼續執行其他任務，當需要數據的時候，就可以調用get方法拿到真實數據。

1）定義一個數據介面，包含獲取數據的get方法，判斷任務是否執行完畢的isDone方法，和取消任務的cancel方法。

public interface Data<T> {

    T get();

    boolean isDone();

    boolean cancel();
}

2）定義真實數據的類，實現Data介面，用來執行實際的任務和返回真實數據。

public class RealData<T> implements Data<T>{

    private T result ;
    
    public RealData (){
        this.prepare();
    }

    private void prepare() {
        //準備數據階段，只有準備完成之後才可以繼續往下走
        try {
            System.out.println("第一步:下單");
            System.out.println("第一步:等待送貨");
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("第一步:快遞送到");
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("被中斷:"+e);
            //重新設置中斷狀態
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        Main.Chuju chuju = new Main.Chuju();
        result = (T)chuju;
    }

    @Override
    public T get() {
        return result;
    }

    @Override
    public boolean isDone() {
        return false;
    }

    @Override
    public boolean cancel() {
        return true;
    }

}

prepare方法用來準備數據，其實就是執行的實際任務。get方法用來返回任務的執行結果。

3）定義一個代理類FutureData用於給請求端FutureClient暫時返回一個假數據。等真實數據拿到之後，再裝載真實數據。

public class FutureData<T> implements Data<T>{

    private RealData<T> realData ;
    
    private boolean isReady = false;

    private Thread runningThread;
    
    public synchronized void setRealData(RealData realData) {
        //如果已經裝載完畢了，就直接返回
        if(isReady){
            return;
        }
        //如果沒裝載，進行裝載真實對象
        this.realData = realData;
        isReady = true;
        //進行通知
        notify();
    }
    
    @Override
    public synchronized T get() {
        //如果沒裝載好 程式就一直處於阻塞狀態
        while(!isReady){
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        //裝載好直接獲取數據即可
        return realData.get();
    }


    public boolean isDone() {
        return isReady;
    }

    @Override
    public boolean cancel() {
        if(isReady){
            return false;
        }
        runningThread.interrupt();
        return true;
    }

    public void setRunningThread(){
        runningThread = Thread.currentThread();
    }
}

如果get方法被調用，就會去判斷數據是否已經被載入好（即判斷isReady的值），如果沒有的話就調用wait方法進入等待。

setRealData用於去載入真實的數據，載入完畢之後就把isReady設置為true，然後調用notify方法通知正在等待的線程。此時，get方法收到通知就繼續執行，然後返回真實數據realData.get().

另外也簡單的實現了一個取消任務的方法cancel，去中斷正在執行子任務的線程。

4）FutureClient客戶端用於發起請求，非同步執行任務。

public class FutureClient {

    public Data call(){
        //創建一個代理對象FutureData，先返回給客戶端（無論是否有值）
        final FutureData futureData = new FutureData();
        //啟動一個新的線程，去非同步載入真實的對象
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                //此處註意需要記錄一下非同步載入真實數據的線程，以便後續可以取消任務。
                futureData.setRunningThread();
                RealData realData = new RealData();
                //等真實數據處理完畢之後，把結果賦值給代理對象
                futureData.setRealData(realData);
            }
        }).start();
        
        return futureData;
    }
    
}

5）測試

public class Main {

    static class Chuju{

    }

    static class Shicai{

    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
        FutureClient fc = new FutureClient();
        Data data = fc.call();

        Thread.sleep(2000);
        Shicai shicai = new Shicai();
        System.out.println("第二步:食材到位");

        if(!data.isDone()){
            System.out.println("第三步:廚具還沒到,請等待或者取消");
            //②
//          data.cancel();
//            System.out.println("已取消");
//          return;
        }

        //真正需要數據的時候，再去獲取
        Chuju chuju = (Chuju)data.get();
        System.out.println("第三步:廚具到位,可以烹飪了");

        cook(chuju,shicai);

    }

    public static void cook (Chuju chuju, Shicai shicai){
        System.out.println("最後:烹飪中...");
    }
}

執行結果和用JDK提供的Future模式是一模一樣的。我們也可以把②出的代碼打開，測試任務取消的結果。

第一步:下單
第一步:等待送貨
第二步:食材到位
第三步:廚具還沒到,請等待或者取消
已取消
被中斷:java.lang.InterruptedException: sleep interrupted

執行取消之後，執行RealData的子線程就會被中斷，然後結束任務。


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