netty系列之:可以自動通知執行結果的Future,有見過嗎？

flydean發表於2022-02-18
Netty

簡介

在我的心中，JDK有兩個經典版本，第一個就是現在大部分公司都在使用的JDK8，這個版本引入了Stream、lambda表示式和泛型，讓JAVA程式的編寫變得更加流暢，減少了大量的冗餘程式碼。

另外一個版本要早點，還是JAVA 1.X的時代，我們稱之為JDK1.5，這個版本引入了java.util.concurrent併發包，從此在JAVA中可以愉快的使用非同步程式設計。

雖然先JDK已經發展到了17版本，但是併發這一塊的變動並不是很大。受限於JDK要保持穩定的需求，所以concurrent併發包提供的功能並不能完全滿足某些業務場景。所以依賴於JDK的包自行研發了屬於自己的併發包。

當然，netty也不例外，一起來看看netty併發包都有那些優勢吧。

JDK非同步緣起

怎麼在java中建立一個非同步任務，或者開啟一個非同步的執行緒，每個人可能都有屬於自己的回答。

大家第一時間可能想到的是建立一個實現Runnable介面的類，然後將其封裝到Thread中執行，如下所示：

new Thread(new(RunnableTask())).start()

每次都需要new一個Thread是JDK大神們不可接受的，於是他們產生了一個將thread呼叫進行封裝的想法，而這個封裝類就叫做Executor.

Executor是一個interface，首先看一下這個interface的定義：

public interface Executor {

    void execute(Runnable command);
}

介面很簡單，就是定義了一個execute方法來執行傳入的Runnable命令。

於是我們可以這樣來非同步開啟任務：

   Executor executor = anExecutor;
   executor.execute(new RunnableTask1());
   executor.execute(new RunnableTask2());

看到這裡，聰明的小夥伴可能就要問了，好像不對呀，Executor自定義了execute介面，好像跟非同步和多執行緒並沒有太大的關係呀？

別急，因為Executor是一個介面，所以我們可以有很多實現。比如下面的直接執行Runnable,讓Runnable在當前執行緒中執行：

 class DirectExecutor implements Executor {
   public void execute(Runnable r) {
     r.run();
   }
 }

又比如下面的在一個新的執行緒中執行Runnable:

 class ThreadPerTaskExecutor implements Executor {
   public void execute(Runnable r) {
     new Thread(r).start();
   }
 }

又比如下面的將多個任務存放在一個Queue中，執行完一個任務再執行下一個任務的序列執行：

 class SerialExecutor implements Executor {
   final Queue<Runnable> tasks = new ArrayDeque<Runnable>();
   final Executor executor;
   Runnable active;

   SerialExecutor(Executor executor) {
     this.executor = executor;
   }

   public synchronized void execute(final Runnable r) {
     tasks.offer(new Runnable() {
       public void run() {
         try {
           r.run();
         } finally {
           scheduleNext();
         }
       }
     });
     if (active == null) {
       scheduleNext();
     }
   }

   protected synchronized void scheduleNext() {
     if ((active = tasks.poll()) != null) {
       executor.execute(active);
     }
   }
 }

這些Executor都非常完美。但是他們都只能提交任務，提交任務之後就什麼都不知道了。這對於好奇的寶寶們是不可忍受的，因為我們需要知道執行的結果，或者對執行任務進行管控。

於是就有了ExecutorService。ExecutorService也是一個介面，不過他提供了shutdown方法來停止接受新的任務，和isShutdown來判斷關閉的狀態。

除此之外，它還提供了單獨呼叫任務的submit方法和批量呼叫任務的invokeAll和invokeAny方法。

既然有了execute方法，submit雖然和execute方法基本上執行了相同的操作，但是在方法引數和返回值上有稍許區別。

首先是返回值，submit返回的是Future，Future表示非同步計算的結果。 它提供了檢查計算是否完成、等待其完成以及檢索計算結果的方法。 Future提供了get方法，用來獲取計算結果。但是如果呼叫get方法的同時，計算結果並沒有準備好，則會發生阻塞。

其次是submit的引數，一般來說只有Callable才會有返回值，所以我們常用的呼叫方式是這樣的：

<T> Future<T> submit(Callable<T> task);

如果我們傳入Runnable，那麼雖然也返回一個Future，但是返回的值是null：

Future<?> submit(Runnable task);

如果我又想傳入Runnable，又想Future有返回值怎麼辦呢？

古人告訴我們，魚和熊掌不可兼得！但是現在是2021年了，有些事情是可以發生改變了：

<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);

上面我們可以傳入一個result，當Future中的任務執行完畢之後直接將result返回。

既然ExecutorService這麼強大，如何建立ExecutorService呢？

最簡單的辦法就是用new去建立對應的例項。但是這樣不夠優雅，於是JDK提供了一個Executors工具類，他提供了多種建立不同ExecutorService的靜態方法，非常好用。

netty中的Executor

為了相容JDK的併發框架，雖然netty中也有Executor，但是netty中的Executor都是從JDK的併發包中衍生出來的。

具體而言，netty中的Executor叫做EventExecutor,他繼承自EventExecutorGroup：

public interface EventExecutor extends EventExecutorGroup

而EventExecutorGroup又繼承自JDK的ScheduledExecutorService:

public interface EventExecutorGroup extends ScheduledExecutorService, Iterable<EventExecutor>

為什麼叫做Group呢？這個Group的意思是它裡面包含了一個EventExecutor的集合。這些結合中的EventExecutor通過Iterable的next方法來進行遍歷的。

這也就是為什麼EventExecutorGroup同時繼承了Iterable類。

然後netty中的其他具體Executor的實現再在EventExecutor的基礎之上進行擴充套件。從而得到了netty自己的EventExecutor實現。

Future的困境和netty的實現

那麼JDK中的Future會有什麼問題呢？前面我們也提到了JDK中的Future雖然儲存了計算結果，但是我們要獲取的時候還是需要通過呼叫get方法來獲取。

但是如果當前計算結果還沒出來的話，get方法會造成當前執行緒的阻塞。

別怕，這個問題在netty中被解決了。

先看下netty中Future的定義：

public interface Future<V> extends java.util.concurrent.Future<V>

可以看到netty中的Future是繼承自JDK的Future。同時新增了addListener和removeListener,以及sync和await方法。

先講一下sync和await方法，兩者都是等待Future執行結束。不同之處在於，如果在執行過程中,如果future失敗了，則會丟擲異常。而await方法不會。

那麼如果不想同步呼叫Future的get方法來獲得計算結果。則可以給Future新增listener。

這樣當Future執行結束之後，會自動通知listener中的方法，從而實現非同步通知的效果，其使用程式碼如下：

EventExecutorGroup group = new DefaultEventExecutorGroup(4); // 4 threads
Future<?> f = group.submit(new Runnable() { ... });
f.addListener(new FutureListener<?> {
  public void operationComplete(Future<?> f) {
    ..
  }
});

還有一個問題，每次我們提交任務的時候，都需要建立一個EventExecutorGroup，有沒有不需要建立就可以提交任務的方法呢？

有的！

netty為那些沒有時間建立新的EventExecutorGroup的同志們，特意建立一個全域性的GlobalEventExecutor，這是可以直接使用的：

GlobalEventExecutor.INSTANCE.execute(new Runnable() { ... });

GlobalEventExecutor是一個單執行緒的任務執行器，每隔一秒鐘回去檢測有沒有新的任務，有的話就提交到executor執行。

總結

netty為JDK的併發包提供了非常有用的擴充套件。大家可以直接使用。

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