Netty分布式Future与Promise执行回调相关逻辑剖析
作者：向南是个万人迷
Future和Promise执行回调
Netty中的Future, 其实类似于jdk的Future, 用于异步获取执行结果
Promise则相当于一个被观察者, 其中promise对象会一直跟随着channel的读写事件, 并跟踪着事件状态, 然后执行相应的回调
这种设计思路也就是java设计模式的观察者模式
首先我们看一段写在handler中的业务代码
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ChannelFuture future = ctx.writeAndFlush("test data");
future.addListener(new ChannelFutureListener() {
@Override
public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
if (future.isSuccess()){
System.out.println("写出成功");
}else{
System.out.println("写出失败");
}
}
});
}熟悉netty的小伙伴估计对这段代码并不陌生, 首先调用writeAndFlush方法将数据写出, 然后返回的future进行添加Listener, 并且重写回调函数
这里举一个最简单的示例, 在回调函数中判断future的状态成功与否, 成功的话就打印"写出成功", 否则节打印"写出失败"
这里如果写在handler中通常是NioEventLoop线程执行的, 在future返回之后才会执行添加listener的操作, 如果在用户线程中writeAndFlush是异步执行的, 在添加监听的时候有可能写出操作没有执行完毕, 等写出操作执行完毕之后才会执行回调
以上逻辑在代码中如何体现的呢?我们首先跟到writeAndFlush的方法中去
这里会走到AbstractChannelHandlerContext中的writeAndFlush方法中:
public ChannelFuture writeAndFlush(Object msg) {
return writeAndFlush(msg, newPromise());
}这里的逻辑之前剖析过, 想必大家并不陌生
这里关注newPromise()方法, 跟进去
public ChannelPromise newPromise() {
return new DefaultChannelPromise(channel(), executor());
}这里直接创建了DefaultChannelPromise这个对象并传入了当前channel和当前channel绑定NioEventLoop对象
在DefaultChannelPromise构造方法中, 也会将channel和NioEventLoop对象绑定在自身成员变量中
回到writeAndFlush方法继续跟
public ChannelFuture writeAndFlush(Object msg, ChannelPromise promise) {
if (msg == null) {
throw new NullPointerException("msg");
}
if (!validatePromise(promise, true)) {
ReferenceCountUtil.release(msg);
return promise;
}
write(msg, true, promise);
return promise;
}这里的逻辑也不陌生, 注意这里最后返回了promise, 其实就是我们上一步创建DefaultChannelPromise对象
DefaultChannelPromise实现了ChannelFuture接口, 所以方法如果返回该对象可以被ChannelFuture类型接收
我们继续跟write方法
private void write(Object msg, boolean flush, ChannelPromise promise) {
AbstractChannelHandlerContext next = findContextOutbound();
final Object m = pipeline.touch(msg, next);
EventExecutor executor = next.executor();
if (executor.inEventLoop()) {
if (flush) {
next.invokeWriteAndFlush(m, promise);
} else {
next.invokeWrite(m, promise);
}
} else {
AbstractWriteTask task;
if (flush) {
task = WriteAndFlushTask.newInstance(next, m, promise);
} else {
task = WriteTask.newInstance(next, m, promise);
}
safeExecute(executor, task, promise, m);
}
}这里的逻辑我们同样不陌生, 如果nioEventLoop线程, 我们继续调invokeWriteAndFlush方法, 如果不是nioEventLoop线程则将writeAndFlush事件封装成task, 交给eventLoop线程异步
这里如果是异步执行, 则到这一步之后, 我们的业务代码中, writeAndFlush就会返回并添加监听, 有关添加监听的逻辑稍后分析
走到这里, 无论同步异步, 都会执行到invokeWriteAndFlush方法:
private void invokeWriteAndFlush(Object msg, ChannelPromise promise) {
if (invokeHandler()) {
invokeWrite0(msg, promise);
invokeFlush0();
} else {
writeAndFlush(msg, promise);
}
}这里也是我们熟悉的逻辑, 我们看到在invokeWrite0方法中传入了我们刚才创建的DefaultChannelPromise
后续逻辑想必大家都比较熟悉, 通过事件传播, 最终会调用head节点的write方法:
public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {
unsafe.write(msg, promise);
}这里最终调用unsafe的write方法, 并传入了promise对象
跟到AbstractUnsafe的write方法中:
public final void write(Object msg, ChannelPromise promise) {
assertEventLoop();
//负责缓冲写进来的byteBuf
ChannelOutboundBuffer outboundBuffer = this.outboundBuffer;
if (outboundBuffer == null) {
safeSetFailure(promise, WRITE_CLOSED_CHANNEL_EXCEPTION);
ReferenceCountUtil.release(msg);
return;
}
int size;
try {
msg = filterOutboundMessage(msg);
size = pipeline.estimatorHandle().size(msg);
if (size < 0) {
size = 0;
}
} catch (Throwable t) {
safeSetFailure(promise, t);
ReferenceCountUtil.release(msg);
return;
}
//插入写队列
outboundBuffer.addMessage(msg, size, promise);
}这里的逻辑之前小节也剖析过, 这里我们首先关注两个部分, 首先看在catch中safeSetFailure这步
因为是catch块, 说明发生了异常, 写到缓冲区不成功, safeSetFailure就是设置写出失败的状态
我们跟到safeSetFailure方法中:
protected final void safeSetFailure(ChannelPromise promise, Throwable cause) {
if (!(promise instanceof VoidChannelPromise) && !promise.tryFailure(cause)) {
logger.warn("Failed to mark a promise as failure because it's done already: {}", promise, cause);
}
}这里看if判断, 首先我们的promise是DefaultChannelPromise, 所以!(promise instanceof VoidChannelPromise)为true
重点分析promise.tryFailure(cause), 这里是设置失败状态, 这里会调用DefaultPromise的tryFailure方法
跟进tryFailure方法
public boolean tryFailure(Throwable cause) {
if (setFailure0(cause)) {
notifyListeners();
return true;
}
return false;
}再跟到setFailure0(cause)中:
private boolean setValue0(Object objResult) {
if (RESULT_UPDATER.compareAndSet(this, null, objResult) ||
RESULT_UPDATER.compareAndSet(this, UNCANCELLABLE, objResult)) {
checkNotifyWaiters();
return true;
}
return false;
}这里在if块中的cas操作, 会将参数objResult的值设置到DefaultPromise的成员变量result中, 表示当前操作为异常状态
回到tryFailure方法:
这里关注notifyListeners()这个方法, 这个方法是执行添加监听的回调函数, 当writeAndFlush和addListener是异步执行的时候, 这里有可能添加已经添加, 所以通过这个方法可以调用添加监听后的回调
如果writeAndFlush和addListener是同步执行的时候, 也就是都在NioEventLoop线程中执行的时候, 那么走到这里addListener还没执行, 所以这里不能回调添加监听的回调函数, 那么回调是什么时候执行的呢?我们在剖析addListener步骤的时候会给大家分析
具体执行回调我们再讲解添加监听的时候进行剖析
以上就是记录异常状态的大概逻辑
回到AbstractUnsafe的write方法:
我们再关注这一步:
outboundBuffer.addMessage(msg, size, promise);
跟到addMessage方法中
public void addMessage(Object msg, int size, ChannelPromise promise) {
Entry entry = Entry.newInstance(msg, size, total(msg), promise);
//代码省略
}我们只需要关注包装Entry的newInstance方法, 该方法传入promise对象
跟到newInstance中:
static Entry newInstance(Object msg, int size, long total, ChannelPromise promise) {
Entry entry = RECYCLER.get();
entry.msg = msg;
entry.pendingSize = size;
entry.total = total;
entry.promise = promise;
return entry;
}这里将promise设置到Entry的成员变量中了, 也就是说, 每个Entry都关联了唯一的一个promise
我们回到AbstractChannelHandlerContext的invokeWriteAndFlush方法中:
private void invokeWriteAndFlush(Object msg, ChannelPromise promise) {
if (invokeHandler()) {
invokeWrite0(msg, promise);
invokeFlush0();
} else {
writeAndFlush(msg, promise);
}
}我们刚才分析了write操作中promise的传递以及状态设置的大概过程, 我们继续看在flush中promise的操作过程
这里invokeFlush0()并没有传入promise对象, 是因为我们刚才分析过, promise对象会绑定在缓冲区中entry的成员变量中, 可以通过其成员变量拿到promise对象
invokeFlush0()我们之前也分析过, 通过事件传递, 最终会调用HeadContext的flush方法:
public void flush(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
unsafe.flush();
}最后跟到AbstractUnsafe的flush方法
public final void flush() {
assertEventLoop();
ChannelOutboundBuffer outboundBuffer = this.outboundBuffer;
if (outboundBuffer == null) {
return;
}
outboundBuffer.addFlush();
flush0();
}这块逻辑之前已分析过, 继续看flush0方法:
protected void flush0() {
//代码省略
try {
doWrite(outboundBuffer);
} catch (Throwable t) {
//代码省略
} finally {
inFlush0 = false;
}
}篇幅原因我们省略大段代码
我们继续跟进doWrite方法:
protected void doWrite(ChannelOutboundBuffer in) throws Exception {
int writeSpinCount = -1;
boolean setOpWrite = false;
for (;;) {
Object msg = in.current();
if (msg == null) {
clearOpWrite();
return;
}
if (msg instanceof ByteBuf) {
//代码省略
boolean done = false;
//代码省略
if (done) {
//移除当前对象
in.remove();
} else {
break;
}
} else if (msg instanceof FileRegion) {
//代码省略
} else {
throw new Error();
}
}
incompleteWrite(setOpWrite);
}这里也省略了大段代码, 我们重点关注in.remove()这里, 之前介绍过, 如果done为true, 说明刷新事件已完成, 则移除当前entry节点
我们跟到remove()方法中
public boolean remove() {
Entry e = flushedEntry;
if (e == null) {
clearNioBuffers();
return false;
}
Object msg = e.msg;
ChannelPromise promise = e.promise;
int size = e.pendingSize;
removeEntry(e);
if (!e.cancelled) {
ReferenceCountUtil.safeRelease(msg);
safeSuccess(promise);
decrementPendingOutboundBytes(size, false, true);
}
e.recycle();
return true;
}这里我们看这一步:
ChannelPromise promise = e.promise;
之前我们剖析promise对象会绑定在entry中, 而这步就是从entry中获取promise对象
等remove操作完成, 会执行到这一步:
safeSuccess(promise);
这一步正好和我们刚才分析的safeSetFailure相反, 这里是设置成功状态
跟到safeSuccess方法中:
private static void safeSuccess(ChannelPromise promise) {
if (!(promise instanceof VoidChannelPromise)) {
PromiseNotificationUtil.trySuccess(promise, null, logger);
}
}再跟到trySuccess方法中
public static <V> void trySuccess(Promise<? super V> p, V result, InternalLogger logger) {
if (!p.trySuccess(result) && logger != null) {
//代码省略
}
}这里再继续跟if中的trySuccess方法, 最后会走到DefaultPromise的trySuccess方法:
public boolean trySuccess(V result) {
if (setSuccess0(result)) {
notifyListeners();
return true;
}
return false;
}这里跟到setSuccess0方法中:
private boolean setSuccess0(V result) {
return setValue0(result == null ? SUCCESS : result);
}这里的逻辑我们刚才剖析过了, 这里参数传入一个信号SUCCESS, 表示设置成功状
再继续跟setValue方法:
private boolean setValue0(Object objResult) {
if (RESULT_UPDATER.compareAndSet(this, null, objResult) ||
RESULT_UPDATER.compareAndSet(this, UNCANCELLABLE, objResult)) {
checkNotifyWaiters();
return true;
}
return false;
}同样, 在if判断中, 通过cas操作将参数传入的SUCCESS对象赋值到DefaultPromise的属性result中, 我们看这个属性:
private volatile Object result;
这里是Object类型, 也就是可以赋值成任何类型
SUCCESS是一个Signal类型的对象, 这里我们可以简单理解成一种状态, SUCCESS表示一种成功的状态
通过上述cas操作, result的值将赋值成SUCCESS
我们回到trySuccess方法:
public boolean trySuccess(V result) {
if (setSuccess0(result)) {
notifyListeners();
return true;
}
return false;
}设置完成功状态之后, 则会通过notifyListeners()执行监听中的回调
我们看用户代码
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
ChannelFuture future = ctx.writeAndFlush("test data");
future.addListener(new ChannelFutureListener() {
@Override
public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
if (future.isSuccess()){
System.out.println("写出成功");
}else{
System.out.println("写出失败");
}
}
});
}在回调中会判断future.isSuccess(), promise设置为成功状态这里会返回true, 从而打印写出成功"
跟到isSuccess方法中, 这里会调用DefaultPromise的isSuccess方法:
public boolean isSuccess() {
Object result = this.result;
return result != null && result != UNCANCELLABLE && !(result instanceof CauseHolder);
}我们看到首先会拿到result对象, 然后判断result不为空, 并且不是UNCANCELLABLE, 并且不属于CauseHolder对象
我们刚才分析如果promise设置为成功装载, 则result为SUCCESS, 所以这里条件成立, 可以执行 if (future.isSuccess()) 中if块的逻辑
和设置错误状态的逻辑一样, 这里也有同样的问题, 如果writeAndFlush是和addListener是异步操作, 那么执行到回调的时候, 可能addListener已经添加完成, 所以可以正常的执行回调
那么如果writeAndFlush是和addListener是同步操作, writeAndFlush在执行回调的时候, addListener并没有执行, 所以无法执行回调方法, 那么回调方法是如何执行的呢, 我们看addListener这个方法:
addListener传入ChannelFutureListener对象, 并重写了operationComplete方法, 也就是执行回调的方法
这里会执行到DefaultChannelPromise的addListener方法, 跟进去
public ChannelPromise addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super Void>> listener) {
super.addListener(listener);
return this;
}跟到父类的addListener中:
public Promise<V> addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener) {
checkNotNull(listener, "listener");
synchronized (this) {
addListener0(listener);
}
if (isDone()) {
notifyListeners();
}
return this;
}这里通过addListener0方法添加listener, 因为添加listener有可能会在不同的线程中操作, 比如用户线程和NioEventLoop线程, 为了防止并发问题, 这里简单粗暴的加了个synchronized关键字
跟到addListener0方法中
private void addListener0(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener) {
if (listeners == null) {
listeners = listener;
} else if (listeners instanceof DefaultFutureListeners) {
((DefaultFutureListeners) listeners).add(listener);
} else {
listeners = new DefaultFutureListeners((GenericFutureListener<? extends Future<V>>) listeners, listener);
}
}如果是第一次添加listener, 则成员变量listeners为null, 这样就把参数传入的GenericFutureListener赋值到成员变量listeners
如果是第二次添加listener, listeners不为空, 会走到else if判断, 因为第一次添加的listener是GenericFutureListener类型, 并不是DefaultFutureListeners类型, 所以else if判断返回false, 进入到else块中
else块中, 通过new的方式创建一个DefaultFutureListeners对象并赋值到成员变量listeners中
DefaultFutureListeners的构造方法中, 第一个参数传入DefaultPromise中的成员变量listeners, 也就是第一次添加的GenericFutureListener对象, 第二个参数为第二次添加的GenericFutureListener对象, 这里通过两个GenericFutureListener对象包装成一个DefaultFutureListeners对象
我们看listeners的定义:
private Object listeners;
这里是个Object类型, 所以可以保存任何类型的对象
再看DefaultFutureListeners的构造方法:
DefaultFutureListeners(
GenericFutureListener<? extends Future<?>> first, GenericFutureListener<? extends Future<?>> second) {
listeners = new GenericFutureListener[2];
//第0个
listeners[0] = first;
//第1个
listeners[1] = second;
size = 2;
//代码省略
}在DefaultFutureListeners类中也定义了一个成员变量listeners, 类型为GenericFutureListener数组
构造方法中初始化listeners这个数组, 并且数组中第一个值赋值为我们第一次添加的GenericFutureListener, 第二个赋值为我们第二次添加的GenericFutureListener
回到addListener0方法中
private void addListener0(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener) {
if (listeners == null) {
listeners = listener;
} else if (listeners instanceof DefaultFutureListeners) {
((DefaultFutureListeners) listeners).add(listener);
} else {
listeners = new DefaultFutureListeners((GenericFutureListener<? extends Future<V>>) listeners, listener);
}
}经过两次添加listener, 属性listeners的值就变成了DefaultFutureListeners类型的对象, 如果第三次添加listener, 则会走到else if块中, DefaultFutureListeners对象通过调用add方法继续添加listener
跟到add方法中:
public void add(GenericFutureListener<? extends Future<?>> l) {
GenericFutureListener<? extends Future<?>>[] listeners = this.listeners;
final int size = this.size;
if (size == listeners.length) {
this.listeners = listeners = Arrays.copyOf(listeners, size << 1);
}
listeners[size] = l;
this.size = size + 1;
//代码省略
}这里的逻辑也比较简单, 就是为当前的数组对象listeners中追加新的GenericFutureListener对象, 如果listeners容量不足则进行扩容操作
根据以上逻辑, 就完成了listener的添加逻辑
那么再看我们刚才遗留的问题, 如果writeAndFlush和addListener是同步进行的, writeAndFlush执行回调时还没有addListener还没有执行回调, 那么回调是如何执行的呢?
回到DefaultPromise的addListener中:
public Promise<V> addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener) {
checkNotNull(listener, "listener");
synchronized (this) {
addListener0(listener);
}
if (isDone()) {
notifyListeners();
}
return this;
}我们分析完了addListener0方法, 再往下看
这个会有if判断isDone(), isDone方法, 就是程序执行到这一步的时候, 判断刷新事件是否执行完成
跟到isDone方法中
public boolean isDone() {
return isDone0(result);
}继续跟isDone0, 这里传入了成员变量result
private static boolean isDone0(Object result) {
return result != null && result != UNCANCELLABLE;
}这里判断result不为null并且不为UNCANCELLABLE, 则就表示完成
因为成功的状态是SUCCESS, 所以flush成功这里会返回true
回到 addListener中:
如果执行完成, 就通过notifyListeners()方法执行回调, 这也解释刚才的问题, 在同步操作中, writeAndFlush在执行回调时并没有添加listener, 所以添加listener的时候会判断writeAndFlush的执行状态, 如果状态时完成, 则会这里执行回调
同样, 在异步操作中, 走到这里writeAndFlush可能还没完成, 所以这里不会执行回调, 由writeAndFlush执行回调
所以, 无论writeAndFlush和addListener谁先完成, 都可以执行到回调方法
跟到notifyListeners()方法中
private void notifyListeners() {
EventExecutor executor = executor();
if (executor.inEventLoop()) {
final InternalThreadLocalMap threadLocals = InternalThreadLocalMap.get();
final int stackDepth = threadLocals.futureListenerStackDepth();
if (stackDepth < MAX_LISTENER_STACK_DEPTH) {
threadLocals.setFutureListenerStackDepth(stackDepth + 1);
try {
notifyListenersNow();
} finally {
threadLocals.setFutureListenerStackDepth(stackDepth);
}
return;
}
}
safeExecute(executor, new Runnable() {
@Override
public void run() {
notifyListenersNow();
}
});
}这里首先判断是否是eventLoop线程, 如果是eventLoop线程则执行if块中的逻辑, 如果不是eventLoop线程, 则把执行回调的逻辑封装成task丢到EventLoop的任务队列中异步执行
我们重点关注notifyListenersNow()方法, 跟进去:
private void notifyListenersNow() {
Object listeners;
synchronized (this) {
if (notifyingListeners || this.listeners == null) {
return;
}
notifyingListeners = true;
listeners = this.listeners;
this.listeners = null;
}
for (;;) {
if (listeners instanceof DefaultFutureListeners) {
notifyListeners0((DefaultFutureListeners) listeners);
} else {
notifyListener0(this, (GenericFutureListener<? extends Future<V>>) listeners);
}
//代码省略
}
}在无限for循环中, 首先首先判断listeners是不是DefaultFutureListeners类型, 根据我们之前的逻辑, 如果只添加了一个listener, 则listeners是GenericFutureListener类型
通常在添加的时候只会添加一个listener, 所以我们跟到else块中的notifyListener0方法:
private static void notifyListener0(Future future, GenericFutureListener l) {
try {
l.operationComplete(future);
} catch (Throwable t) {
logger.warn("An exception was thrown by " + l.getClass().getName() + ".operationComplete()", t);
}
}我们看到, 这里执行了GenericFutureListener的中我们重写的回调函数operationComplete
以上就是执行回调的相关逻辑
章节小结
这一章讲解了有关write和flush的相关逻辑, 并分析了有关添加监听和异步写数据的相关步骤
经过学习, 同学们应该掌握如下知识:
write操作是如何将ByteBuf添加到发送缓冲区的
flush操作是如何将ByteBuf写出到chanel中的
抽象编码器MessageToByteEncoder中如何定义了编码器的骨架逻辑
writeAndFlush和addListener在同步和异步操作中是如何执行回调的
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