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netty中的future和promise

2017年07月10日

前言

Future 模式

(来自引用)并发编程中,我们通常会用到一组非阻塞的模型:Promise,Future 和 Callback。其中的 Future 表示一个可能还没有实际完成的异步任务的结果,针对这个结果可以添加 Callback 以便在任务执行成功或失败后做出对应的操作,而Promise交由任务执行者,任务执行者通过 Promise 可以标记任务完成或者失败。 这一套模型是很多异步非阻塞架构的基础。 因为netty中也有类似“调用者和执行部件以异步的方式交互通信结果”的需求(要知道eventloop本质上是一个ScheduledExecutorService,ExecutorService是一种“提交-执行”模型实现,也存在线程间异步方式通信和线程安全问题),所以netty自己实现了一套。

Netty中的所有的IO操作都是异步的(比如write(object),因为一个线程要服务多个Sockethannel,所以通过socketchannel.xx只是提交一个任务,何时返回结果自然是不确定的),而不是像传统BIO那样同步等待操作完成。同步操作的行为是可以预期的(一般你可以从方法的返回值中拿到结果)

  1. 要么就等着操作完成
  2. 可以设置timeout

异步指的是,调用者向执行部件发出一个调用,不等执行部件返回结果,继续向下执行。但异步操作带来一个问题:调用者如何获取异步操作的结果?

  1. 轮询状态,调用者每隔一段时间检查下执行部件的状态
  2. 通知,执行部件保有调用者引用,执行完毕后,执行调用者的相关方法
  3. 回调,跟通知没多大区别,调用者向执行部件传递一个callback
  4. promise参数

事实上,Netty Future的建议操作模式就是赤裸裸的通知,执行部件改变状态时,会执行注册在future上的Listener(变相的观察者模式)。

scala在语言层面提供对Promise,Future和Callback模型的支持,https://bitbucket.org/qiyi/commons-future.git作者自定义实现了该模型,去除了Netty的Future模型对EventLoop的依赖。

netty中的future

a future is a read-only placeholder view of a variable, while a promise is a writable。Promise是可写的Future,提供写操作相关的接口,用于设置IO操作的结果。Future,Promise,callback抽象出一套调用者与执行部件间的通信模型(不只是netty中),Future像是给调用者用的(拿结果),Promise像是给执行部件用的(设置结果),它们简化了调用者和执行部件对其的调用(调用者get,执行部件set),但本身要封装很多事。比如Future必须是一个线程安全的类(大部分时候,调用者和执行部件身处两个线程),比如执行callback(或者listener)。

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比如DefaultPromise的setSuccess方法

public Promise<V> setSuccess(V result){
	// setSuccess0返回是否设置状态成功,其中涉及到一些锁操作
    if(setSuccess0(result)){
        notifyListeners();
        return this;
    }
    throw new IllegalStateException("complete already: " + this);
}

Future和Promise常见的使用模式是

  1. 调用创建一个Future(Promise)
  2. 传给执行部件,执行部件根据执行情况,设置Promise
  3. 调用者从Future中获取执行状态或结果

但也有很多其它使用方式。

很多类里定义了一些future,比如VoidFutrue,SuccessedFuture

是不是一个操作成功了,直接返回一个successedfuture,而不是future.setResult(success);

比如AbstractChannel有一个CloseFuture成员,channel.closeFuture().sync();,实际的代码就是加锁并object.wait。

这CloseFuture定义在AbstractChannel内部

static final class CloseFuture extends DefaultChannelPromise {
    CloseFuture(AbstractChannel ch) {
        super(ch);
    }
    @Override
    public ChannelPromise setSuccess() {
        throw new IllegalStateException();
    }
    @Override
    public ChannelPromise setFailure(Throwable cause) {
        throw new IllegalStateException();
    }
    @Override
    public boolean trySuccess() {
        throw new IllegalStateException();
    }
    @Override
    public boolean tryFailure(Throwable cause) {
        throw new IllegalStateException();
    }
    boolean setClosed() {
        return super.trySuccess();
    }
}

然后在AbstractChannel很多操作的catch代码块,都会有closeFuture.setClosed,实际会执行object.notifyAll。在此处,closeFuture就不是一个操作的结果,或者说,本来应该有个CloseFuture close(),而AbstractChannel为省事,直接弄成内部成员了,这样CloseFuture也就不用外部专门定义了。

还有一种用来做标识的,比如AbstractChannel中的connectPromise成员,会暂存connect( final SocketAddress remoteAddress, final SocketAddress localAddress, final ChannelPromise promise)传进来的promise,当connect第二次被触发时,如果connectPromise成员不为空,标识已经连过了。

netty promise 执行listener

netty中的promise通常由eventloop创建,也就是promise通常会绑定executor。为何呢?因为netty保证listener的执行,一定是在channel对应的eventloop中。