Netty ChannelFuture 异步监听

1. 前言

本节主要讲解 ChannelFuture ，它的作用是用来保存 Channel 异步操作的结果，可以看作是一个异步操作结果的占位符。

2. 概念

在 Netty 中所有的 IO 操作都是异步的，不能立刻得到 IO 操作的执行结果，但是可以通过注册一个监听器来监听其执行结果。在 Java 的并发编程当中可以通过 Future 来进行异步结果的监听，但是在 Netty 当中是通过 ChannelFuture 来实现异步结果的监听。通过注册一个监听的方式进行监听，当操作执行成功或者失败时监听会自动触发注册的监听事件。

3. 应用场景

ChannelFture 在开发当中经常需要用到，可以用来监听客户端连接服务端的结果反馈，Netty 是异步操作，无法知道什么时候执行完成，因此可以通过 ChannelFuture 来进行执行结果的监听。在 Netty 当中 Bind 、Write 、Connect 等操作会简单的返回一个 ChannelFuture。

4. 核心方法

sync () 和 await () 都是等待异步操作执行完成，那么它们有什么区别呢？

1. sync () 会抛出异常，建议使用 sync ()；
2. await () 不会抛出异常，主线程无法捕捉子线程执行抛出的异常。

5. 深入了解 ChannelFuture

5.1 生命周期说明

Future 可以通过四个核心方法来判断任务的执行情况。

执行过程状态的改变说明

当一个异步任务操作开始的时候，一个新的 future 对象就会被创建。在开始的时候该 future 是处于未完成的状态，也就是说，isDone ()=false、isSuccess ()=false、isCancelled ()=false；只要该任务中任何一种状态结束了，无论是说成功、失败、或者被取消，那么整个 Future 就会被标记为已完成。注意的是，如果执行失败那么 cause () 方法会返回异常信息的内容。

实例：

ChannelFuture channelFuture=bootstrap.connect("127.0.0.1",80);
channelFuture.addListener(new ChannelFutureListener() {
    public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
        if(future.isDone()){
            if(future.isSuccess()){
                System.out.println("执行成功...");
            }else if(future.isCancelled()){
                System.out.println("任务被取消...");
            }else if(future.cause()!=null){
                System.out.println("执行出错："+future.cause().getMessage());
            }
        }
    }
});

5.2 ChannelFuture 父接口说明

ChannelFuture 的类继承结构，具体如下所示：

public interface ChannelFuture extends Future<Void> {
    
}
public interface Future<V> extends java.util.concurrent.Future<V> {
    
}

通过上面的继承关系，我们可以清晰的知道 ChannelFuture 其实最顶层的接口是来自 java 并发包的 Future，java 并发包下的 Future 需要手工检查执行结果是否已经完成，非常的繁琐，因此 Netty 把它进行了封装和完善，变成了自动的监听，用起来变的非常的简单。

java 并发包下的 Future 主要存在以下几个缺陷：

1. 只允许手动通过 get () 来检查对应的操作是否已经完成，它是堵塞直到子线程完成执行并且返回结果；
2. 只有 isDone () 方法判断一个异步操作是否完成，但是对于完成的定义过于模糊，JDK 文档指出正常终止、抛出异常、用户取消都会使 isDone () 方法返回真。并不能很好的区分到底是哪种状态。

get () 方法是堵塞的，必须等待子线程执行完成才能往下执行。

实例：

//1.定义一个子线程，实现 Callable 接口
public class ThreadTest implements Callable<Integer>{
    @Override
    public Integer call(){
	    //打印
    	System.out.println(">>>>>>>>子线程休眠之前");
	    //休眠5秒
	    Thread.sleep(5000);
    	//打印
    	System.out.println(">>>>>>>>子线程休眠之后");
        return 1;
	}
}
//2.调用子线程处理
public static void main(String[] args){
    ThreadTest t=new ThreadTest();
    FutureTask<Integer> future=new FutureTask<Integer>(t);
    //2.1.开始执行子线程
    new Thread(future).start();
    
  	//2.2.手工返回结果
    int result=future.get();
    System.out.println(">>>>>>>>执行结果："+result);
    //2.3.操作数据库
    userDao.updateStatus("1");
}

执行结果：

>>>>>>>>子线程休眠之前
>>>>>>>>子线程休眠之后
>>>>>>>>执行结果：1

结论总结：

1. 说明了 Java 并发包的 Future 要想获取异步执行结果，必须手工调用 get () 方法，此时虽然能获取执行结果，但是无法知道执行结果是成功还是失败；
2. 使用 get () 获取执行结果，但是 get () 后面的业务则被堵塞，直到后面执行完毕才会往下执行，失去了异步操作提高执行效率的意义了。

6. ChannelFuture 原理

6.1 线程堵塞

思考：sync () 和 await () 方法如何同步等待执行完成并获取执行结果的呢？

源码分析如下所示：

private short waiters;//计数器

@Override
public Promise<V> await() throws InterruptedException {
    //1.判断是否执行完成，如果执行完成则返回
    if (isDone()) {
        return this;
    }

    //2.线程是否已经中断，如果中断则抛异常
    if (Thread.interrupted()) {
        throw new InterruptedException(toString());
    }

    //3.检查死锁
    checkDeadLock();

    //4.同步代码块->while循环不断的监听执行结果
    synchronized (this) {
        while (!isDone()) {
            incWaiters();//waiters递增
            try {
                wait();//JDK 的 Object 方法，线程等待【核心】
            } finally {
                decWaiters();//waiters 递减
            }
        }
    }
    return this;
}

//递增函数
private void incWaiters() {
    if (waiters == Short.MAX_VALUE) {
        throw new IllegalStateException("too many waiters: " + this);
    }
    ++waiters;
}

//递减函数
private void decWaiters() {
    --waiters;
}

通过以上代码，我们发现 await () 的核心其实就是调用 Object 的 wait () 方法进行线程休眠，普通的 Java 多线程知识点。

6.2 线程唤醒

思考：当前线程休眠了，那么什么时候进行唤醒呢？

源码分析如下所示：

@Override
public Promise<V> setSuccess(V result) {
    //1.setSuccess0 赋值操作
    if (setSuccess0(result)) {
        //2.通知执行监听器
        notifyListeners();
        return this;
    }
    throw new IllegalStateException("complete already: " + this);
}

private boolean setSuccess0(V result) {
    //继续进入方法
    return setValue0(result == null ? SUCCESS : result);
}

private boolean setValue0(Object objResult) {
    if (RESULT_UPDATER.compareAndSet(this, null, objResult) ||
        RESULT_UPDATER.compareAndSet(this, UNCANCELLABLE, objResult)) {
        
        //继续进入方法
        checkNotifyWaiters();
        return true;
    }
    return false;
}

private synchronized void checkNotifyWaiters() {
    if (waiters > 0) {
        //核心：唤醒之前休眠的线程
        notifyAll();
    }
}

源码分析总结：

1. 堵塞的核心是通过 Object.wait () 方法进行休眠当前线程，普通的 Java 多线程知识；
2. 执行完成之后给不同状态（setSuccess、setFailure）赋值的时候唤醒休眠的线程；
3. 唤醒线程之后调用监听器的方法 l.operationComplete(future);

7. 小结

通过本节的学习，我们需要掌握以下几个核心知识点：

1. 掌握异步的概念，传统 I/O 是同步堵塞的，执行 I/O 操作后线程会被阻塞住，直到操作完成；异步处理的好处是不会造成线程阻塞，可以通过 Future 来监听异步执行的结果；
2. ChannelFuture 的几种状态，以及它的值变化时机；
3. ChannelFuture 的堵塞和唤醒源码分析。