Future (Programmierung)

Ein Future (englisch Zukunft) oder Promise (englisch Versprechen) bezeichnet in der Programmierung einen Platzhalter (Proxy) für ein Ergebnis, das noch nicht bekannt ist, meist weil seine Berechnung noch nicht abgeschlossen ist.

Ein Future ist meist das Ergebnis eines asynchronen Aufrufs einer Funktion oder einer Methode und kann verwendet werden, um auf das Ergebnis zuzugreifen, sobald es verfügbar ist. Diese Art der Programmierung erlaubt eine weitgehend transparente Parallelisierung nebenläufiger Prozesse. Das Konzept der Futures wurde 1977 in einem Papier von Henry Baker und Carl Hewitt vorgestellt.

Automatisches Pipelining von Futures wurde in den 1980ern zwei mal unabhängig voneinander erfunden, einmal bei Project Xanadu (ca. 1989) und von Barbara Liskov (1988).

Funktion

Futures sind ein Konstrukt zur asynchronen Interprozesskommunikation. Konzeptionell bietet ein Future eine get- oder join-Funktion, die so lange blockiert, bis das Ergebnis vorliegt, und dieses dann zurückliefert. Je nach Implementierung kann die Wartezeit mittels Timeout beschränkt werden oder es zusätzliche Funktionen zur Abfrage des aktuellen Status geben.

Sind Futures direkt in die Programmiersprache integriert, so ist häufig nur ein asynchroner Zuweisungsoperator definiert, zum Beispiel x @= Ausdruck in Flow Java, einer exotischen Programmiersprache, die nicht mit Java identisch ist. Dies bedeutet: Starte einen Prozess zum Berechnen des Ausdrucks, der rechts des Operators steht, und weise der Variable x ein Future für das Ergebnis zu. Wird später auf die Variable x zugegriffen, so wird an dieser Stelle so lange gewartet, bis das Ergebnis vorliegt.

Programmiersprachen und Programmbibliotheken, die Futures oder Promises unterstützen sind CORBA (mit Asynchronous Method Invokation (AMI)), io, Oz, Scheme, Smalltalk und seit Version 5 Java als Teil einer neuen Klassenbibliothek für Nebenläufigkeit namens Concurrency Utilities.

Beispiel

Der folgende Pseudocode zeigt die Verwendung von Futures mittels dem asynchronen Zuweisungsoperator @=.

var x @= berechneX();      // Beginne Berechnung von x
var y @= berechneY();      // Beginne Berechnung von y

var z = berechneZ();       // Vollständige Berechnung von z

var ergebnis= x + y + z;   // Benutze x, y und z.
                           // Hier muss dann eventuell auf die Berechnung
                           // von x und y gewartet werden.

Daraus ergibt sich folgende Parallelisierung:

Haupt-Thread	X-Thread	Y-Thread
starte berechneX()
starte berechneY()	berechneX()
berechneZ()		berechneY()
warte auf x und y
berechne ergebnis

Die Aufteilung der Berechnung auf mehrere Threads kann Berechnungen deutlich beschleunigen, wenn mehrere Hauptprozessoren (oder Prozessorkerne) zur Verfügung stehen, oder wenn die einzelnen Berechnungen den Hauptprozessor nicht auslasten, weil sie etwa viel Zeit mit dem Warten auf Peripheriegeräte verbringen.

Literatur

• Henry Baker and Carl Hewitt: The Incremental Garbage Collection of Processes. Proceeding of the Symposium on Artificial Intelligence Programming Languages. SIGPLAN Notices 12. August 1977.
• Henry Lieberman: Thinking About Lots of Things at Once without Getting Confused: Parallelism in Act 1. MIT AI memo 626. Mai 1981.
• Henry Lieberman: A Preview of Act 1. MIT AI memo 625. Juni 1981.

Weblinks

• PromisePipelining auf dem C2 wiki (englisch)