netty是一个经典的网络框架,提供了基于NIO、AIO的方式来完成少量线程支持海量用户请求连接的模型。netty里面充斥了大量的非阻塞回调模式,主要是靠Future/Promise异步模型来实现的。
Future是java.util.concurrent.Future,是Java提供的接口,可以用来做异步执行的状态获取,它避免了异步任务在调用者那里阻塞等待,而是让调用者可以迅速得到一个Future对象,后续可以通过Future的方法来获取执行结果。
Jdk的Future不便之处
Java的Future有一个比较尴尬的问题,就是当你想获取异步执行结果时,要通过future.get()方法,这一步还是阻塞的!而且我们无法确定到底异步任务何时执行完毕,提前get了,就还是阻塞,get晚了,可能会漏掉执行结果,写个死循环,不停去轮询是否执行完毕,又浪费资源。所以,这个Future并不好用。
先来看一下Java的future使用:
import java.util.concurrent.*;
/**
* @author wuweifeng wrote on 2019-12-10
* @version 1.0
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//创建线程池
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
Future future = executor.submit(new Task());
//这一步get会阻塞当前线程
System.out.println(future.get());
executor.shutdown();
}
private static class Task implements Callable<Integer> {
@Override
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("子线程在进行计算");
Thread.sleep(2000);
return 1;
}
}
}
代码很简单,就是将一个Runnable、Callable的实例放到一个线程池里,就会返回一个Future对象。后续通过future.get()取得执行结果,但事实上代码并没有达到异步回调的结果,而是get时阻塞了。
Netty future无法单独抽出来使用
理想状态其实是netty的future,可以添加Listener,当异步任务执行完毕后,主动回调一下自己就可以了,不必在那苦等get()方法的执行结果。
看一个netty的回调的小例子:
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(group).channel(NioSocketChannel.class)
.remoteAddress(host, port)
.option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ch.pipeline()
.addLast(new StringDecoder())
.addLast(new StringEncoder())
//10秒没消息时,就发心跳包过去
.addLast(new IdleStateHandler(10, 0, 0), new NettyClientHandler())
;
}
});
ChannelFuture channelFuture = bootstrap.connect().sync().addListener(new ChannelFutureListener() {
@Override
public void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) throws Exception {
//do your job
}
});
我们可以理解为bootstrap.connect这一步是一个耗时操作,我不想在那等待它执行完毕,而是希望它执行完毕后主动给我一个回调即可。所以,在connect后面有个addListener,当connect完成后,会回调operationComplete方法。
可以看到netty的这种回调方式比较优雅,不像java的future那样需要阻塞get。整个netty里面大量充斥着类似的回调,但是如果我们要用,仅仅是针对一个或多个异步任务,希望能有个类似的回调,netty就帮不上忙了。
打开netty的源码,想搞明白future、promise的逻辑,一眼看去,心情是这样的:
如何自己实现一个简单带回调的异步任务
netty是为特定的场景设计的,里面的各种逻辑也是为了服务于netty本身。当看不懂,或难以理解它的工作逻辑时,我们可以考虑自己实现一个对任意异步线程进行回调的框架。
首先我们来拆分一下需求,我有N个耗时任务,可能是一次网络请求,可能是一个耗时文件IO,可能是一堆复杂的逻辑,我在主线程里发起这个任务的调用,但不希望它阻塞主线程,而期望它执行完毕(成功\失败)后,来发起一次回调,最好还有超时、异常的回调控制。
据此,我们拆分出几个角色,master主线程,调度器(发起异步调用),worker(异步工作线程)。然后就是将他们组合起来,完成各种异步回调,以及每个worker的正常、异常、超时等的回调。
下面来看一下worker的定义:
/**
* @author wuweifeng wrote on 2019-12-13
* @version 1.0
*/
public interface Worker {
String action(Object object);
}
一个worker,它需要有个方法,来代表这个worker将来做什么,action就可以理解为一个耗时任务。action可以接收一个参数。
再看一下回调器的定义:
/**
* @author wuweifeng wrote on 2019-12-13
* @version 1.0
*/
public interface Listener {
void result(Object result);
}
这个listener用来做为回调,将worker的执行结果,放到result的参数里。
此外,我们还需要一个包装器Wrapper,来将worker和回调器包装一下。
public class Wrapper {
private Object param;
private Worker worker;
private Listener listener;
public Object getParam() {
return param;
}
public void setParam(Object param) {
this.param = param;
}
public Worker getWorker() {
return worker;
}
public void setWorker(Worker worker) {
this.worker = worker;
}
public Listener getListener() {
return listener;
}
public void addListener(Listener listener) {
this.listener = listener;
}
}
OK,下面就是主逻辑了。
/**
* @author wuweifeng wrote on 2019-12-13
* @version 1.0
*/
public class Bootstrap {
public static void main(String[] args) {
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
Worker worker = bootstrap.newWorker();
Wrapper wrapper = new Wrapper();
wrapper.setWorker(worker);
wrapper.setParam("hello");
bootstrap.doWork(wrapper).addListener(new Listener() {
@Override
public void result(Object result) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
System.out.println(result);
}
});
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
private Wrapper doWork(Wrapper wrapper) {
new Thread(() -> {
Worker worker = wrapper.getWorker();
String result = worker.action(wrapper.getParam());
wrapper.getListener().result(result);
}).start();
return wrapper;
}
private Worker newWorker() {
return new Worker() {
@Override
public String action(Object object) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return object + " world";
}
};
}
}
执行结果如下:
可以看到主线程没有被耗时的线程阻塞掉,耗时线程在执行完毕后,进行了回调。
这就是一个简单的设计模式——“监听器模式”,再来认识一下这种设计模式的三个要素:事件源(被监听的对象)、事件对象(事件完毕这个动作)、监听器(我们的Listener)。
完成了这样的小demo,立马从netty的复杂中恢复了过来,心情变成了这样:
实现一个简单带回调、超时的异步任务
public class BootstrapNew {
public static void main(String[] args) {
BootstrapNew bootstrap = new BootstrapNew();
Worker worker = bootstrap.newWorker();
Wrapper wrapper = new Wrapper();
wrapper.setWorker(worker);
wrapper.setParam("hello");
//添加结果回调器
wrapper.addListener(new Listener() {
@Override
public void result(Object result) {
System.out.println(result);
}
});
CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> bootstrap.doWork(wrapper));
try {
future.get(800, TimeUnit.MILLISECONDS);
} catch (InterruptedException | TimeoutException | ExecutionException e) {
//超时了
wrapper.getListener().result("time out exception");
}
}
private Wrapper doWork(Wrapper wrapper) {
Worker worker = wrapper.getWorker();
String result = worker.action(wrapper.getParam());
wrapper.getListener().result(result);
return wrapper;
}
private Worker newWorker() {
return new Worker() {
@Override
public String action(Object object) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return object + " world";
}
};
}
}
执行结果如下:
这就是一个简单的带超时回调的小demo了。
更复杂的场景:要有任务的顺序编排,要有超时控制,要支持N个线程并行、串行、串并行结合
上面的demo过于简单,也不能实战于复杂的业务场景。那么需求来了,希望有这样一个并发框架:
以下的执行单元就是worker,可以理解为一个任务,一段耗时代码。
> 1 提供任何形式的串行、并行执行单元的组合。如a、b、c的串行,a、b的串行同时与c并行,a、b、c的并行
所以这一组执行单元可能长如下的样子:
> 2 为每个执行单元提供执行成功、失败、超时、异常的回调
方便对整个流程的执行进行控制,当有很多个执行单元时,我们会非常关注每一个执行单元的执行状况,而不仅仅是全部执行完毕后的结果汇总。
> 3 支持为单个执行单元设置超时和失败后的默认值
有了默认值,可以进一步减少bug产生的概率
> 4 支持下一个执行单元获取上一个执行单元的返回值(计算结果),作为自己的入参
譬如a-b-c串行,可以在任务编排时,就让b的入参为a的执行结果,即便此时各任务都还未执行
> 5 支持为整个group(多个任意组合的执行单元)设置超时时间。单个执行单元失败,不影响其他单元的回调和最终结果获取
防止整个流程无限时的执行下去,要给它设置超时的阈值。
> 6 执行顺序的强依赖和弱依赖
如上图3,A和B并发执行,最后是C。
有些场景下,我们希望A和B都执行完毕后,才能执行C,CompletableFuture里有个allOf(futures...).then()方法可以做到。
有些场景下,我们希望A或者B任何一个执行完毕,就执行C,CompletableFuture里有个anyOf(futures...).then()方法可以做到。
那么,可以指定依赖的任务是否must执行完毕。如果依赖的是must要执行的,那么就一定会等待所有的must依赖项全执行完毕,才执行自己。
如果依赖的都不是must,那么就可以任意一个依赖项执行完毕,就可以执行自己了。
> 7 支持每个group独享线程池,或所有group共享线程池
交给调用者来决定将这组任务,放到共享线程池,还是独享线程池。如果你熟悉hystrix的话,应该明白线程池隔离的重要性。
> 8 更少的线程数,更高的性能表现
充分复用依赖的任务的线程,不为每个任务单元开辟新线程,而是复用依赖项的线程。从而减少线程数量,减少cpu轮转切换,细微之处,压榨性能。
整体上要实现以上所有还是有点麻烦的,这里我挑一个图3为例,简单描述一下实现方式。
执行A比较简单,直接在主线程里执行它,或者新开线程执行它都可以,主要是A执行完毕后,当发现自己的nextWrappers有多个(即自己后面有多个执行单元)时,该怎么办。
还好,CompleteableFuture提供了allOf这个方法,它可以让你传入多个future,并且能够等待这多个future都完成时再统一返回。见下图代码。
其他的场景实现细节可以后续看代码或者联系作者。
框架具备了上面的功能后,既可以回调,也能同步返回结果,还能为一组任务配置超时时间。任务失败了、超时了,还会返回设定的默认值。
在业务中就可以将框架应用于如下的一些场景了:
1 客户端请求服务端接口,该接口需要调用其他N个微服务的接口。譬如 请求我的订单,那么就需要去调用用户的rpc、商品详情的rpc、库存rpc、优惠券等等好多个服务。同时,这些服务还有相互依赖关系,譬如必须先拿到用户的某个字段后,再去某rpc服务请求数据。 最终全部获取完毕后,或超时了,就汇总结果,返回给客户端。
2 任务是工作流性质的,希望一次编排后,就不用管它了,让它按照规则执行,直至成功或失败。譬如,数据清洗时经常有类似场景,从多个数据源拉取数据,各种合并组合,最后清洗完毕后结束。
3 爬虫的相关场景。
目前,基于线程池和CompletableFuture已经完成了这样的一个并发框架,由于代码较多,不便于贴在文章内,有需要的,或者有其他需求该并发框架不能满足的,可以联系 [email protected] .
后续会推出框架的测试数据、性能对比、使用场景指南等,敬请留意。