netty源码死磕9 html
Future Promise 模式详解java
因为Netty中的Handler 处理都是异步IO操做,结果是未知的。编程
Netty继承和扩展了JDK Future的API,定义了自身的Future系列类型,实现异步操做结果的获取和监控。promise
其中,最为重要的是ChannelFuture 。网络
代码以下:异步
public interface ChannelFuture extends Future<Void> { //... Channel channel(); @Override ChannelFuture addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super Void>> listener); @Override ChannelFuture sync() throws InterruptedException; //... }
之因此命名为ChannelFuture,表示跟Channel的操做有关。socket
ChannelFuture用于获取Channel相关的操做结果,添加事件监听器,取消IO操做,同步等待。ide
java.util.concurrent.Future是Java提供的接口,提供了对异步操做的简单干预。oop
Future接口定义了isDone()、isCancellable(),用来判断异步执行状态。Future接口的get方法,能够用来获取结果。get方法首先会判断任务是否执行完成,若是完成就返回结果,不然阻塞线程,直到任务完成。学习
Netty官方文档直接说明——Netty的网络操做都是异步的,Netty源码上大量使用了Future/Promise模式。
若是用户操做调用了sync或者await方法,会在对应的future对象上阻塞用户线程,例如future.channel().closeFuture().sync()。
Netty 的Future 接口,在继承了java.util.concurrent.Future的基础上,增长了一系列监听器方法,好比addListener()、removeListener() 等等。Netty强烈建议,经过添加监听器的方式获取IO结果,而不是经过JDK Future的同步等待的方式去获取IO结果。
Netty扩展了Java的Future,增长了监听器Listener接口,经过监听器可让异步执行更加有效率,不须要经过get来等待异步执行结束,而是经过监听器回调来精确地控制异步执行结束的时间点。
这一点,正好是Netty在Future模式的最主要的改进。
public interface Future<V> extends java.util.concurrent.Future<V> { boolean isSuccess(); boolean isCancellable(); Throwable cause(); Future<V> addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener); Future<V> removeListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener); Future<V> sync() throws InterruptedException; boolean awaitUninterruptibly(long timeout, TimeUnit unit); boolean awaitUninterruptibly(long timeoutMillis); V getNow(); boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning); }
Netty的出站和入站操做,都是异步的。
以最为经典的NIO出站操做——write出站为例,说一下ChannelFuture的使用。
代码以下:
ChannelFuture future = ctx.channel().write(msg); future.addListener( new ChannelFutureListener() { @Override public void operationComplete(ChannelFuture future) { // write操做完成后的回调代码 } });
在write操做调用后,Netty并无完成对Java NIO底层链接的写入操做,出站操做是异步执行的。
若是须要获取IO结果,可使用回调的方式。
使用ChannelFuture的异步完成后的回调,须要搭配使用另外的一个接口ChannelFutureListener ,他从父接口哪里继承了一个被回调到的operationComplete操做完成的方法。
ChannelFutureListener 的父亲接口是GenericFutureListener 接口。
定义以下:
public interface GenericFutureListener <F extends Future<?>> extends EventListener { void operationComplete(F future) throws Exception; }
异步操做完成后的回调代码,放在operationComplete方法中的实现中,就能够了。
Netty的Future,只是增长了监听器。整个异步的状态,是不能进行设置和修改的。
换句话说,Future是只读的,是不能够写的。
因而,Netty的 Promise接口扩展了Netty的Future接口,它表示一种可写的Future,就是能够设置异步执行的结果。
部分源码以下:
public interface Promise<V> extends Future<V> { Promise<V> setSuccess(V result); Promise<V> setFailure(Throwable cause); boolean setUncancellable(); //.... }
而ChannelPromise接口,则继承扩展了Promise和ChannelFuture。因此,ChannelPromise既绑定了Channel,又具有了监听器的功能,还能够设置IO操做的结果,是Netty实际编程使用的最多的接口。
在AbstratChannel的代码中,至关多的IO操做,都会返回ChannelPromise类型实例做为调用的返回值。 经过这个返回值,客户程序能够用于读取IO操做的结果,执行IO操做真正完成后的回调。
在AbstractChannel中,定义了几个对Channel的异步状态进行监控的Promise和Future成员,用于监控Channel的链接是否成功,链接是否关闭。
源码以下:
public abstract class AbstractChannel extends DefaultAttributeMap implements Channel { //链接成功的监控 private final ChannelFuture succeededFuture = new SucceededChannelFuture(this, null); //链接关闭的监控 private final CloseFuture closeFuture = new CloseFuture(this); //... }
通常状况下,在应用程序中使用以下的代码:
// Start the server. ChannelFuture f = b.bind(PORT).sync(); // Wait until the server socket is closed. f.channel().closeFuture().sync();
通常来讲,编写以上代码的都是在Main线程中用来启动ServerBootStrap的,因此Main线程会被阻塞,保证服务端Channel的正常运行。
上面的代码中,channel.closeFuture()不作任何操做,只是简单的返回channel对象中的closeFuture对象。而CloseFuture的sync方法,会将当前线程阻塞在CloseFuture上。
那么,f.channel().closeFuture().sync() 实际是如何工做的呢?
CloseFuture继承了DefaultPromise的sync同步方法。
DefaultPromise的代码以下:
public class DefaultPromise<V> extends AbstractFuture<V> implements Promise<V> { private volatile Object result; //... @Override public Promise<V> sync() throws InterruptedException { await(); //... } @Override public Promise<V> await() throws InterruptedException { //... synchronized (this) { while (!isDone()) { incWaiters(); try { wait(); //阻塞了,死等 } finally { decWaiters(); } } } return this; } //... }
从源码能够看出,sync方法,调用了await方法。
在await方法中,CloseFuture 使用java 基础的synchronized 方法进行线程同步;而且,使用CloseFuture.wait / notify 这组来自Object根类中的古老方法进行线程之间的等待和唤醒。
在await方法,不断的自旋,判断当前的 CloseFuture 实例的结果是否已经完成,若是没有完成 !isDone() ,就不断的等待。一直到 isDone() 的值为true。
isDone() 的源码以下:
@Override public boolean isDone() { return isDone0(result); } private static boolean isDone0(Object result) { return result != null && result != UNCANCELLABLE; }
CloseFuture的 isDone() 的条件是否可以知足,和Channel的close 关闭链接的出站操做有关。
下一步,咱们来看 isDone() 的条件,如何才可以知足?
在Netty中,close 关闭链接的操做,属于全部的出站操做的一种。关于Netty出站处理的流程,在前面的文字中,已经很是详细的介绍了。这里再也不赘述,只是简单的列出一个流程图。
close 关闭链接的出站操做,其流程以下图所示:
一溜儿下来,最终会落地到unsafe.doClose 方法。
看看unsafe.doClose,是如何与CloseFuture的 isDone() 的条件进行关联的。
unsafe.doClose 方法中,设置了CloseFuture 的result值。
unsafe.doClose 源码以下:
protected abstract class AbstractUnsafe implements Unsafe { private void close(final ChannelPromise promise,…) { //… try { // Close the channel doClose0(promise); } finally { // Fail all the queued messages. outboundBuffer.failFlushed(cause, notify); outboundBuffer.close(closeCause); } //…… } } private void doClose0(ChannelPromise promise) { try { doClose(); closeFuture.setClosed(); safeSetSuccess(promise); } catch (Throwable t) { closeFuture.setClosed(); safeSetFailure(promise, t); } } //…… }
在closeFuture.setClosed() 设置关闭的结果的过程当中,主要完成如下三个工做:
1 设置result的值
2 notifyAll,唤醒在本Promise上等待的线程
3 回调listener
closeFuture.setClosed()的主要源码以下:
boolean setClosed() { return super.trySuccess(); } @Override //这个定义在父类中 public boolean trySuccess(V result) { if (setSuccess0(result)) { notifyListeners(); return true; } return false; } private boolean setSuccess0(V result) { return setValue0(result == null ? SUCCESS : result); }
上面的 notifyListeners()调用,就是用来唤醒了等待在closeFuture 实例对象上的等待线程。
到了这里,终于松了一口气了。
以前经过 f.channel().closeFuture().sync() 同步操做,阻塞在哪儿的Main线程,终于经过channel.close() 方法,给唤醒了。
在上面的源码中,最终触发future对象的notify动做的线程,都是eventLoop线程(Reactor线程)。
通常状况下,Channel的出站和入站操做,也都是在eventLoop线程的轮询任务中完成的。
例如由于不管是用户直接关闭channel,或者eventLoop的轮询状态关闭channel,都会在eventLoop的线程内完成notify动做。notify那些经过sync操做,正在等待CloseFuture的哪些阻塞线程。
因此不要在Reactor线程内调用future对象的sync或者await方法。若是在Reactor线程进行sync或者await,会有可能引发死锁。
为何呢?
在Reactor线程进行sync时,会进入等待状态,等待Future(DefaultPromise)的 isDone 的条件知足。经过前面的例子,咱们已经看到了,而Future的isDone的条件,又须要Reactor线程的出站或者入站操做来知足。这是,Reactor线程既然已经处于等待状态,怎么可能再进行其余的出站或者入站操做呢?至关于本身等本身,这就是典型的死锁。
在实际开发中,因为应用程序代码都是编写在自定义的channelHandler处理器中,而channelHandler是在eventLoop线程(Reactor线程)内执行的。因此,不能在channelHandler中调用Future(DefaultPromise)的sync或者await两个同步方法。
正确的作法是:经过给Future(DefaultPromise) 增长listeners监听器 的方式,来干预异步操做的过程,处理异步操做的结果。
这样,能够避免使用Future带来的死锁。
疯狂创客圈 Netty 死磕系列 10多篇深度文章: 【博客园 总入口】 QQ群:104131248