Java中的并发编程模式：Future模式与Master-Worker模式

并发编程是当今软件开发中非常重要的一个领域，它可以有效地提高程序的性能和响应速度。在Java中，有许多并发编程模式可以用来解决并发问题。本文将介绍两种常见的并发编程模式：Future模式和Master-Worker模式。

Future模式

Future模式是一种异步计算的设计模式，它可以在进行耗时操作时，立即返回一个代表结果的Future对象，之后可以通过Future对象获取计算结果。这种模式可以让程序保持响应性，不会因为一个操作的阻塞而导致整个系统的阻塞。

在Java中，Future模式由java.util.concurrent.Future接口和java.util.concurrent.FutureTask类来实现。我们可以使用FutureTask类来封装一个耗时的计算任务，并通过它的get()方法来获取计算结果。同时，还可以使用isDone()方法来判断任务是否已经完成。

下面是一个使用Future模式的示例代码：

import java.util.concurrent.*;

public class FutureExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        Future<Integer> future = executor.submit(new Callable<Integer>() {
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                Thread.sleep(2000);
                return 42;
            }
        });

        // 在任务完成前，可以做其他的操作
        System.out.println("Doing other things while waiting for the future result...");
        Thread.sleep(1000);

        // 获取计算结果
        Integer result = future.get();
        System.out.println("Result: " + result);

        executor.shutdown();
    }
}

Master-Worker模式

Master-Worker模式是一种常见的并行计算模式，它通过将大任务划分为若干个小任务，分配给多个Worker线程来并行处理，最后将每个Worker的计算结果汇总得到最终结果。

在Java中，我们可以使用java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor和java.util.concurrent.Callable来实现Master-Worker模式。ThreadPoolExecutor是Java提供的一个线程池的实现类，它可以方便地管理多个Worker线程。Callable是一个产生结果的任务，它可以返回一个结果，我们将每个小任务实现为一个Callable。

下面是一个使用Master-Worker模式的示例代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;

public class MasterWorkerExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        int taskCount = 10; // 总任务数
        int workerCount = 3; // Worker线程数

        // 创建线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(workerCount);

        // 创建任务列表
        List<Callable<Integer>> tasks = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < taskCount; i++) {
            tasks.add(new Callable<Integer>() {
                @Override
                public Integer call() throws Exception {
                    // 这里可以编写具体的计算任务逻辑
                    return ThreadLocalRandom.current().nextInt(100);
                }
            });
        }

        // 提交任务并获取结果
        List<Future<Integer>> results = executor.invokeAll(tasks);

        // 汇总计算结果
        int sum = 0;
        for (Future<Integer> result : results) {
            sum += result.get();
        }

        System.out.println("Sum: " + sum);

        executor.shutdown();
    }
}

总结

Future模式和Master-Worker模式是Java中常用的并发编程模式，它们可以帮助我们更好地管理和利用多线程，实现并行计算和异步操作。熟练掌握这些模式可以提高程序的性能和可维护性，是每个Java开发人员都应该掌握的技能。希望本文对你学习并发编程有所帮助！

本文来自极简博客，作者：烟雨江南，转载请注明原文链接：Java中的并发编程模式：Future模式与Master-Worker模式