浅谈Java Future接口

Java项目编程中，为了充分利用计算机CPU资源，一般开启多个线程来执行异步任务。但不管是继承Thread类还是实现Runnable接口，都无法获取任务执行的结果。JDK 5中引入了Callable和Future，通过它们执行异步任务可以获取执行结果。
FutureTask分析

JDK 5中获取任务执行的结果主要是通过FutureTask类实现的。FutureTask实现了RunnableFuture的接口，它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值。一般结合线程池ExecutorService类使用，大致流程如下： 1. 调用线程将callable任务submit到线程池，返回Future对象 2. 任务被封装成FutureTask对象
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执行线程调用FutureTask的run方法，run主要逻辑是执行Callable任务的call方法获取结果，并将结果赋值给全局变量outcome调用线程调用Future对象的get方法来获取任务执行的结果

上述步骤4中，如果任务没有执行完成，调用get方法时，调用线程将被阻塞直到任务完成。
假设这样的一个场景，向Executor批量提交了A、B两个任务，A任务耗时20ms，B任务耗时10ms，每个任务完成后就能根据结果继续做后面的事。在该场景中，B任务先完成A任务后完成，由于调用线程不知道哪个任务会先完成，只能按照任务的提交顺序调用get方法阻塞获取结果，最后要耗时20ms才会继续做A、B任务后面的事。
显然这种情况下用Future机制是不合适的，B任务先完成了却增加了额外的等待时间。这个问题的原因是Future没有提供好的方法去判断第一个完成的任务。当然你可以通过Future提供的isDone方法轮询的去判断第一个完成的任务，但会消耗无谓的CPU资源。
从上面的分析可以看到，单使用Future是不方便的，其主要原因有：一方面没有提供方法去判断第一个完成的任务；另一方面是 Future没有提供Callback机制，只能通过阻塞的get方法去获取结果。针对第一个问题，JAVA引入了CompletionService接口。
CompletionService分析

CompletionService整合了Executor和BlockingQueue的功能。CompletionService维护一个保存Future对象的BlockingQueue。只有当这个Future对象状态是结束的时候，才会加入到这个Queue中。这样就确保执行时间较短的任务率先被存入队列中。与Future流程的不同主要是： 1. callable任务提交后，exexute方法执行的是封装成QueueingFuture的任务对象。QueueingFuture是FutureTask的子类，重写了done方法，在task执行完成之后将当前future添加到阻塞队列completionQueue
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获取结果是通过CompletionService的take方法和poll方法，这两个方法都委托给了BlockingQueue，它会在结果不可用时阻塞

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由实现可知，Future的回调行为是在ExecutorCompletionService中实现的，完成的任务会封装到一个队列中，供客户端询问时使用。Future本身是没有提供回调方法的。另外，使用CompletionService虽然能保证任务结果按照完成先后顺序排序，但仍存在调用阻塞的问题。Guava的ListenableFuture 和JDK8的CompletableFuture对Future进行了扩展，当计算结果完成后可以立即执行后续逻辑。
Future的扩展

Guava的ListenableFuture扩展了Future接口，是一个可以监听结果的Future。就是它可以监听异步执行的过程，执行完了，自动触发后续操作。常用的添加监听器的方法是Futures.addCallback方法，大致流程如下： 1.  每当对一个ListenableFuture增加回调时，都会向线程池提交监听任务callbackListener。该任务的run方法会通过getDone方法阻塞获取future的执行结果。代码片段见下：
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获取结果后立即执行callback的onFailure方法或者onSuccess方法，不会阻塞调用

当然ListenableFuture的回调机制不是通用的，如果主任务异步执行子任务并且需等待返回结果，此时ListenableFuture的作用和Future几乎差不多，都是通过get方法阻塞获取结果。如果主任务不需要等待子任务的返回结果，但子任务一旦计算完成就做其他计算，此时使用ListenableFuture非常合适。
CompletableFuture是JDK1.8新增的的类，提供了非常强大的Future的扩展功能。可以对多个异步处理进行编排，实现更复杂的异步处理。它能够将回调放到与任务不同的线程中执行，也能将回调作为继续执行的同步函数，在与任务相同的线程中执行。大家可以参考CompletableFuture的API了解它提供的功能。
总结

在实际项目中，需要根据具体的业务场景选择合适的Future工具类来实现异步编程。如果项目中使用Java 8，推荐使用CompletableFuture类，它提供了更多的异步控制。如果使用之前版本，可以使用Guava等框架提供的Future工具类。

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