前提
最近一直在看Netty相关的内容，也在编写一个轻量级的RPC框架来练手，途中发现了Netty的源码有很多亮点，某些实现甚至可以用「苛刻」来形容。另外，Netty提供的工具类也是相当优秀，可以开箱即用。这里分析一下个人比较喜欢的领域，并发方面的一个Netty工具模块 - Promise。
环境版本：
Netty:4.1.44.FinalJDK1.8
Promise简介
❝Promise，中文翻译为承诺或者许诺，含义是人与人之间，一个人对另一个人所说的具有一定憧憬的话，一般是可以实现的。
❞
io.netty.util.concurrent.Promise在注释中只有一句话：「特殊的可写的」io.netty.util.concurrent.Future（Promise接口是io.netty.util.concurrent.Future的子接口）。而io.netty.util.concurrent.Future是java.util.concurrent.Future的扩展，表示「一个异步操作的结果」。我们知道，JDK并发包中的Future是不可写，也没有提供可监听的入口（没有应用观察者模式），而Promise很好地弥补了这两个问题。另一方面从继承关系来看，DefaultPromise是这些接口的最终实现类，所以分析源码的时候需要把重心放在DefaultPromise类。一般一个模块提供的功能都由接口定义，这里分析一下两个接口的功能列表：
io.netty.util.concurrent.Promiseio.netty.util.concurrent.Future
先看io.netty.util.concurrent.Future接口：
public interface Future<V> extends java.util.concurrent.Future<V> { // I/O操作是否执行成功 boolean isSuccess(); // 标记是否可以通过下面的cancel(boolean mayInterruptIfRunning)取消I/O操作 boolean isCancellable(); // 返回I/O操作的异常实例 - 如果I/O操作本身是成功的，此方法返回null Throwable cause(); // 为当前Future实例添加监听Future操作完成的监听器 - isDone()方法激活之后所有监听器实例会得到回调 Future<V> addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener); Future<V> addListeners(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>>... listeners); // 为当前Future移除监听Future操作完成的监听器 Future<V> removeListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener); Future<V> removeListeners(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>>... listeners); // 同步等待Future完成得到最终结果（成功）或者抛出异常（失败），响应中断 Future<V> sync() throws InterruptedException; // 同步等待Future完成得到最终结果（成功）或者抛出异常（失败），不响应中断 Future<V> syncUninterruptibly(); // 等待Future完成，响应中断 Future<V> await() throws InterruptedException; // 等待Future完成，不响应中断 Future<V> awaitUninterruptibly(); // 带超时时限的等待Future完成，响应中断 boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException; boolean await(long timeoutMillis) throws InterruptedException; // 带超时时限的等待Future完成，不响应中断 boolean awaitUninterruptibly(long timeout, TimeUnit unit); boolean awaitUninterruptibly(long timeoutMillis); // 非阻塞马上返回Future的结果，如果Future未完成，此方法一定返回null；有些场景下如果Future成功获取到的结果是null则需要二次检查isDone()方法是否为true V getNow(); // 取消当前Future实例的执行，如果取消成功会抛出CancellationException异常 @Override boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning); } 复制代码
sync()和await()方法类似，只是sync()会检查异常执行的情况，一旦发现执行异常马上把异常实例包装抛出，而await()方法对异常无感知。
接着看io.netty.util.concurrent.Promise接口：
public interface Promise<V> extends Future<V> { // 标记当前Future成功，设置结果，如果设置成功，则通知所有的监听器，如果Future已经成功或者失败，则抛出IllegalStateException Promise<V> setSuccess(V result); // 标记当前Future成功，设置结果，如果设置成功，则通知所有的监听器并且返回true，否则返回false boolean trySuccess(V result); // 标记当前Future失败，设置结果为异常实例，如果设置成功，则通知所有的监听器，如果Future已经成功或者失败，则抛出IllegalStateException Promise<V> setFailure(Throwable cause); // 标记当前Future失败，设置结果为异常实例，如果设置成功，则通知所有的监听器并且返回true，否则返回false boolean tryFailure(Throwable cause); // 标记当前的Promise实例为不可取消，设置成功返回true，否则返回false boolean setUncancellable(); // 下面的方法和io.netty.util.concurrent.Future中的方法基本一致，只是修改了返回类型为Promise @Override Promise<V> addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener); @Override Promise<V> addListeners(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>>... listeners); @Override Promise<V> removeListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener); @Override Promise<V> removeListeners(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>>... listeners); @Override Promise<V> await() throws InterruptedException; @Override Promise<V> awaitUninterruptibly(); @Override Promise<V> sync() throws InterruptedException; @Override Promise<V> syncUninterruptibly(); } 复制代码
到此，Promise接口的所有功能都分析完毕，接下来从源码角度详细分析Promise的实现。
Promise源码实现
Promise的实现类为io.netty.util.concurrent.DefaultPromise（其实DefaultPromise还有很多子类，某些实现是为了定制特定的场景做了扩展），而DefaultPromise继承自io.netty.util.concurrent.AbstractFuture：
public abstract class AbstractFuture<V> implements Future<V> { // 永久阻塞等待获取结果的方法 @Override public V get() throws InterruptedException, ExecutionException { // 调用响应中断的永久等待方法进行阻塞 await(); // 从永久阻塞中唤醒后，先判断Future是否执行异常 Throwable cause = cause(); if (cause == null) { // 异常为空说明执行成功，调用getNow()方法返回结果 return getNow(); } // 异常为空不为空，这里区分特定的取消异常则转换为CancellationException抛出 if (cause instanceof CancellationException) { throw (CancellationException) cause; } // 非取消异常的其他所有异常都被包装为执行异常ExecutionException抛出 throw new ExecutionException(cause); } // 带超时阻塞等待获取结果的方法 @Override public V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException { // 调用响应中断的带超时时限等待方法进行阻塞 if (await(timeout, unit)) { // 从带超时时限阻塞中唤醒后，先判断Future是否执行异常 Throwable cause = cause(); if (cause == null) { // 异常为空说明执行成功，调用getNow()方法返回结果 return getNow(); } // 异常为空不为空，这里区分特定的取消异常则转换为CancellationException抛出 if (cause instanceof CancellationException) { throw (CancellationException) cause; } // 在非等待超时的前提下，非取消异常的其他所有异常都被包装为执行异常ExecutionException抛出 throw new ExecutionException(cause); } // 方法步入此处说明等待超时，则抛出超时异常TimeoutException throw new TimeoutException(); } } 复制代码
AbstractFuture仅仅对get()和get(long timeout, TimeUnit unit)两个方法进行了实现，其实这两处的实现和java.util.concurrent.FutureTask中的实现方式十分相似。
DefaultPromise的源码比较多，这里分开多个部分去阅读，先看它的属性和构造函数：
public class DefaultPromise<V> extends AbstractFuture<V> implements Promise<V> { // 正常日志的日志句柄，InternalLogger是Netty内部封装的日志接口 private static final InternalLogger logger = InternalLoggerFactory.getInstance(DefaultPromise.class); // 任务拒绝执行时候的日志句柄 - Promise需要作为一个任务提交到线程中执行，如果任务拒绝则使用此日志句柄打印日志 private static final InternalLogger rejectedExecutionLogger = InternalLoggerFactory.getInstance(DefaultPromise.class.getName() + ".rejectedExecution"); // 监听器的最大栈深度，默认值为8，这个值是防止嵌套回调调用的时候栈深度过大导致内存溢出，后面会举个例子说明它的用法 private static final int MAX_LISTENER_STACK_DEPTH = Math.min(8, SystemPropertyUtil.getInt("io.netty.defaultPromise.maxListenerStackDepth", 8)); // 结果更新器，用于CAS更新结果result的值 @SuppressWarnings("rawtypes") private static final AtomicReferenceFieldUpdater<DefaultPromise, Object> RESULT_UPDATER = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(DefaultPromise.class, Object.class, "result"); // 用于填充result的值，当设置结果result传入null，Promise执行成功，用这个值去表示成功的结果 private static final Object SUCCESS = new Object(); // 用于填充result的值，表示Promise不能被取消 private static final Object UNCANCELLABLE = new Object(); // CancellationException实例的持有器，用于判断Promise取消状态和抛出CancellationException private static final CauseHolder CANCELLATION_CAUSE_HOLDER = new CauseHolder(ThrowableUtil.unknownStackTrace( new CancellationException(), DefaultPromise.class, "cancel(...)")); // CANCELLATION_CAUSE_HOLDER的异常栈信息元素数组 private static final StackTraceElement[] CANCELLATION_STACK = CANCELLATION_CAUSE_HOLDER.cause.getStackTrace(); // 真正的结果对象，使用Object类型，最终有可能为null、真正的结果实例、SUCCESS、UNCANCELLABLE或者CANCELLATION_CAUSE_HOLDER等等 private volatile Object result; // 事件执行器，这里暂时不做展开，可以理解为单个调度线程 private final EventExecutor executor; // 监听器集合，可能是单个GenericFutureListener实例或者DefaultFutureListeners（监听器集合）实例 private Object listeners; // 等待获取结果的线程数量 private short waiters; // 标记是否正在回调监听器 private boolean notifyingListeners; // 构造函数依赖于EventExecutor public DefaultPromise(EventExecutor executor) { this.executor = checkNotNull(executor, "executor"); } protected DefaultPromise() { // only for subclasses - 这个构造函数预留给子类 executor = null; } // ... 省略其他代码 ... // 私有静态内部类，用于存放Throwable实例，也就是持有异常的原因实例 private static final class CauseHolder { final Throwable cause; CauseHolder(Throwable cause) { this.cause = cause; } } // 私有静态内部类，用于覆盖CancellationException的栈信息为前面定义的CANCELLATION_STACK，同时覆盖了toString()返回CancellationException的全类名 private static final class LeanCancellationException extends CancellationException { private static final long serialVersionUID = 2794674970981187807L; @Override public Throwable fillInStackTrace() { setStackTrace(CANCELLATION_STACK); return this; } @Override public String toString() { return CancellationException.class.getName(); } } // ... 省略其他代码 ... } 复制代码
Promise目前支持两种类型的监听器：
GenericFutureListener：支持泛型的Future监听器。GenericProgressiveFutureListener：它是GenericFutureListener的子类，支持进度表示和支持泛型的Future监听器（有些场景需要多个步骤实现，类似于进度条那样）。
// GenericFutureListener public interface GenericFutureListener<F extends Future<?>> extends EventListener { void operationComplete(F future) throws Exception; } // GenericProgressiveFutureListener public interface GenericProgressiveFutureListener<F extends ProgressiveFuture<?>> extends GenericFutureListener<F> { void operationProgressed(F future, long progress, long total) throws Exception; } 复制代码
为了让Promise支持多个监听器，Netty添加了一个默认修饰符修饰的DefaultFutureListeners类用于保存监听器实例数组：
// DefaultFutureListeners final class DefaultFutureListeners { private GenericFutureListener<? extends Future<?>>[] listeners; private int size; private int progressiveSize; // the number of progressive listeners // 这个构造相对特别，是为了让Promise中的listeners（Object类型）实例由单个GenericFutureListener实例转换为DefaultFutureListeners类型 @SuppressWarnings("unchecked") DefaultFutureListeners(GenericFutureListener<? extends Future<?>> first, GenericFutureListener<? extends Future<?>> second) { listeners = new GenericFutureListener[2]; listeners[0] = first; listeners[1] = second; size = 2; if (first instanceof GenericProgressiveFutureListener) { progressiveSize ++; } if (second instanceof GenericProgressiveFutureListener) { progressiveSize ++; } } public void add(GenericFutureListener<? extends Future<?>> l) { GenericFutureListener<? extends Future<?>>[] listeners = this.listeners; final int size = this.size; // 注意这里，每次扩容数组长度是原来的2倍 if (size == listeners.length) { this.listeners = listeners = Arrays.copyOf(listeners, size << 1); } // 把当前的GenericFutureListener加入数组中 listeners[size] = l; // 监听器总数量加1 this.size = size + 1; // 如果为GenericProgressiveFutureListener，则带进度指示的监听器总数量加1 if (l instanceof GenericProgressiveFutureListener) { progressiveSize ++; } } public void remove(GenericFutureListener<? extends Future<?>> l) { final GenericFutureListener<? extends Future<?>>[] listeners = this.listeners; int size = this.size; for (int i = 0; i < size; i ++) { if (listeners[i] == l) { // 计算需要需要移动的监听器的下标 int listenersToMove = size - i - 1; if (listenersToMove > 0) { // listenersToMove后面的元素全部移动到数组的前端 System.arraycopy(listeners, i + 1, listeners, i, listenersToMove); } // 当前监听器总量的最后一个位置设置为null，数量减1 listeners[-- size] = null; this.size = size; // 如果监听器是GenericProgressiveFutureListener，则带进度指示的监听器总数量减1 if (l instanceof GenericProgressiveFutureListener) { progressiveSize --; } return; } } } // 返回监听器实例数组 public GenericFutureListener<? extends Future<?>>[] listeners() { return listeners; } // 返回监听器总数量 public int size() { return size; } // 返回带进度指示的监听器总数量 public int progressiveSize() { return progressiveSize; } } 复制代码
接下来看DefaultPromise的剩余方法实现，笔者觉得DefaultPromise方法实现在代码顺序上是有一定的艺术的。先看几个判断Promise执行状态的方法：
public class DefaultPromise<V> extends AbstractFuture<V> implements Promise<V> { // ... 省略其他代码 ... @Override public boolean setUncancellable() { // 通过结果更新器CAS更新result为UNCANCELLABLE，期望旧值为null，更新值为UNCANCELLABLE属性，如果成功则返回true if (RESULT_UPDATER.compareAndSet(this, null, UNCANCELLABLE)) { return true; } Object result = this.result; // 步入这里说明result当前值不为null，isDone0()和isCancelled0()都是终态，这里如果命中终态就返回false //（笔者注：其实可以这样认为，这里result不能为null，如果不为终态，它只能是UNCANCELLABLE属性实例） return !isDone0(result) || !isCancelled0(result); } @Override public boolean isSuccess() { Object result = this.result; // 如果执行成功，则结果不为null，同时不为UNCANCELLABLE，同时不为CauseHolder类型 //（笔者注：其实可以这样认为，Promise为成功，则result只能是一个开发者定义的实例或者SUCCESS属性实例） return result != null && result != UNCANCELLABLE && !(result instanceof CauseHolder); } @Override public boolean isCancellable() { // 是否可取消的，result为null说明Promise处于初始化状态尚未执行，则认为可以取消 return result == null; } @Override public Throwable cause() { // 通过当前result获取Throwable实例 return cause0(result); } private Throwable cause0(Object result) { // result非CauseHolder类型，则直接返回null if (!(result instanceof CauseHolder)) { return null; } // 如果result为CANCELLATION_CAUSE_HOLDER（静态CancellationException的持有） if (result == CANCELLATION_CAUSE_HOLDER) { // 则新建一个自定义LeanCancellationException实例 CancellationException ce = new LeanCancellationException(); // 如果CAS更新结果result为LeanCancellationException新实例则返回 if (RESULT_UPDATER.compareAndSet(this, CANCELLATION_CAUSE_HOLDER, new CauseHolder(ce))) { return ce; } // 走到这里说明了result是非CANCELLATION_CAUSE_HOLDER的自定义CauseHolder实例 result = this.result; } // 兜底返回CauseHolder持有的cause return ((CauseHolder) result).cause; } // 静态方法，判断Promise是否为取消，依据是result必须是CauseHolder类型，同时CauseHolder中的cause必须为CancellationException类型或者其子类 private static boolean isCancelled0(Object result) { return result instanceof CauseHolder && ((CauseHolder) result).cause instanceof CancellationException; } // 静态方法，判断Promise是否完成，依据是result不为null同时不为UNCANCELLABLE属性实例 private static boolean isDone0(Object result) { return result != null && result != UNCANCELLABLE; } // 判断Promise实例是否取消 @Override public boolean isCancelled() { return isCancelled0(result); } // 判断Promise实例是否完成 @Override public boolean isDone() { return isDone0(result); } // ... 省略其他代码 ... } 复制代码
接着看监听器的添加和移除方法（这其中也包含了通知监听器的逻辑）：
public class DefaultPromise<V> extends AbstractFuture<V> implements Promise<V> { // ... 省略其他代码 ... @Override public Promise<V> addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener) { // 入参非空校验 checkNotNull(listener, "listener"); // 加锁，锁定的对象是Promise实例自身 synchronized (this) { // 添加监听器 addListener0(listener); } // 如果Promise实例已经执行完毕，则通知监听器进行回调 if (isDone()) { notifyListeners(); } return this; } @Override public Promise<V> addListeners(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>>... listeners) { // 入参非空校验 checkNotNull(listeners, "listeners"); // 加锁，锁定的对象是Promise实例自身 synchronized (this) { // 遍历入参数组添加监听器，有空元素直接跳出 for (GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener : listeners) { if (listener == null) { break; } addListener0(listener); } } // 如果Promise实例已经执行完毕，则通知监听器进行回调 if (isDone()) { notifyListeners(); } return this; } @Override public Promise<V> removeListener(final GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener) { // 入参非空校验 checkNotNull(listener, "listener"); // 加锁，锁定的对象是Promise实例自身 synchronized (this) { // 移除监听器 removeListener0(listener); } return this; } @Override public Promise<V> removeListeners(final GenericFutureListener<? extends Future<? super V>>... listeners) { // 入参非空校验 checkNotNull(listeners, "listeners"); // 加锁，锁定的对象是Promise实例自身 synchronized (this) { // 遍历入参数组移除监听器，有空元素直接跳出 for (GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener : listeners) { if (listener == null) { break; } removeListener0(listener); } } return this; } private void addListener0(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener) { // 如果Promise实例持有listeners为null，则直接设置为入参listener if (listeners == null) { listeners = listener; } else if (listeners instanceof DefaultFutureListeners) { // 如果当前Promise实例持有listeners的是DefaultFutureListeners类型，则调用它的add()方法进行添加 ((DefaultFutureListeners) listeners).add(listener); } else { // 步入这里说明当前Promise实例持有listeners为单个GenericFutureListener实例，需要转换为DefaultFutureListeners实例 listeners = new DefaultFutureListeners((GenericFutureListener<?>) listeners, listener); } } private void removeListener0(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener) { // 如果当前Promise实例持有listeners的是DefaultFutureListeners类型，则调用它的remove()方法进行移除 if (listeners instanceof DefaultFutureListeners) { ((DefaultFutureListeners) listeners).remove(listener); } else if (listeners == listener) { // 如果当前Promise实例持有listeners不为DefaultFutureListeners类型，也就是单个GenericFutureListener并且和传入的listener相同， // 则Promise实例持有listeners置为null listeners = null; } } private void notifyListeners() { EventExecutor executor = executor(); // 当前执行线程是事件循环线程，那么直接同步调用，简单来说就是调用notifyListeners()方法的线程和EventExecutor是同一个线程 if (executor.inEventLoop()) { // 下面的ThreadLocal和listenerStackDepth是调用栈深度保护相关，博文会另起一个章节专门讲解这个问题，这里可以暂时忽略 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; } } // 当前执行线程不是事件循环线程，则把notifyListenersNow()包装为Runnable实例放到EventExecutor中执行 safeExecute(executor, new Runnable() { @Override public void run() { notifyListenersNow(); } }); } // 使用EventExecutor进行任务执行，execute()方法抛出的异常会使用rejectedExecutionLogger句柄打印 private static void safeExecute(EventExecutor executor, Runnable task) { try { executor.execute(task); } catch (Throwable t) { rejectedExecutionLogger.error("Failed to submit a listener notification task. Event loop shut down?", t); } } // 马上通知所有监听器进行回调 private void notifyListenersNow() { Object listeners; // 这里加锁，在锁的保护下设置notifyingListeners的值，如果多个线程调用同一个Promise实例的notifyListenersNow()方法 // 命中notifyingListeners的线程可以直接返回 synchronized (this) { // Only proceed if there are listeners to notify and we are not already notifying listeners. if (notifyingListeners || this.listeners == null) { return; } notifyingListeners = true; // 临时变量listeners存放瞬时的监听器实例，方便下一步设置Promise实例的listeners为null listeners = this.listeners; // 重置当前Promise实例的listeners为null this.listeners = null; } for (;;) { if (listeners instanceof DefaultFutureListeners) { // 多个监听器情况下的通知 notifyListeners0((DefaultFutureListeners) listeners); } else { // 单个监听器情况下的通知 notifyListener0(this, (GenericFutureListener<?>) listeners); } synchronized (this) { if (this.listeners == null) { // 这里因为没有异常抛出的可能，不用在finally块中编写，重置notifyingListeners为false并且返回跳出循环 notifyingListeners = false; return; } // 临时变量listeners存放瞬时的监听器实例，回调操作判断是基于临时实例去做 - 这里可能由另一个线程更新了listeners的值 listeners = this.listeners; // 重置当前Promise实例的listeners为null，确保监听器只会被回调一次，下一次跳出for死循环 this.listeners = null; } } } // 遍历DefaultFutureListeners中的listeners数组，调用静态方法notifyListener0() private void notifyListeners0(DefaultFutureListeners listeners) { GenericFutureListener<?>[] a = listeners.listeners(); int size = listeners.size(); for (int i = 0; i < size; i ++) { notifyListener0(this, a[i]); } } // 这个静态方法是最终监听器回调的方法,也就是简单调用GenericFutureListener#operationComplete()传入的是当前的Promise实例，捕获一切异常打印warn日志 @SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" }) private static void notifyListener0(Future future, GenericFutureListener l) { try { l.operationComplete(future); } catch (Throwable t) { if (logger.isWarnEnabled()) { logger.warn("An exception was thrown by " + l.getClass().getName() + ".operationComplete()", t); } } } } 复制代码
然后看wait()和sync()方法体系：
public class DefaultPromise<V> extends AbstractFuture<V> implements Promise<V> { // ... 省略其他代码 ... @Override public Promise<V> await() throws InterruptedException { // 如果Promise执行完毕，直接返回 if (isDone()) { return this; } // 如果当前线程中断则直接抛出InterruptedException if (Thread.interrupted()) { throw new InterruptedException(toString()); } // 死锁检测 checkDeadLock(); // 加锁，加锁对象是当前Promise实例 synchronized (this) { // 这里设置一个死循环，终止条件是isDone()为true while (!isDone()) { // 等待线程数加1 incWaiters(); try { // 这里调用的是Object#wait()方法进行阻塞，如果线程被中断会抛出InterruptedException wait(); } finally { // 解除阻塞后等待线程数减1 decWaiters(); } } } return this; } @Override public Promise<V> awaitUninterruptibly() { // 如果Promise执行完毕，直接返回 if (isDone()) { return this; } // 死锁检测 checkDeadLock(); boolean interrupted = false; // 加锁，加锁对象是当前Promise实例 synchronized (this) { // 这里设置一个死循环，终止条件是isDone()为true while (!isDone()) { // 等待线程数加1 incWaiters(); try { // 这里调用的是Object#wait()方法进行阻塞，捕获了InterruptedException异常，如果抛出InterruptedException记录线程的中断状态到interrupted wait(); } catch (InterruptedException e) { // Interrupted while waiting. interrupted = true; } finally { // 解除阻塞后等待线程数减1 decWaiters(); } } } // 如果线程被中断跳出等待阻塞，则清除线程的中断标志位 if (interrupted) { Thread.currentThread().interrupt(); } return this; } // 后面的几个带超时时限的wait()方法都是调用await0() @Override public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { return await0(unit.toNanos(timeout), true); } @Override public boolean await(long timeoutMillis) throws InterruptedException { return await0(MILLISECONDS.toNanos(timeoutMillis), true); } @Override public boolean awaitUninterruptibly(long timeout, TimeUnit unit) { try { return await0(unit.toNanos(timeout), false); } catch (InterruptedException e) { // Should not be raised at all. throw new InternalError(); } } @Override public boolean awaitUninterruptibly(long timeoutMillis) { try { return await0(MILLISECONDS.toNanos(timeoutMillis), false); } catch (InterruptedException e) { // Should not be raised at all. throw new InternalError(); } } // 检查死锁，这里判断了等待线程是事件循环线程则直接抛出BlockingOperationException异常 // 简单来说就是：Promise的执行线程和等待结果的线程，不能是同一个线程，否则依赖会成环 protected void checkDeadLock() { EventExecutor e = executor(); if (e != null && e.inEventLoop()) { throw new BlockingOperationException(toString()); } } @Override public Promise<V> sync() throws InterruptedException { // 同步永久阻塞等待 await(); // 阻塞等待解除，如果执行存在异常，则直接抛出 rethrowIfFailed(); return this; } @Override public Promise<V> syncUninterruptibly() { // 同步永久阻塞等待 - 响应中断 awaitUninterruptibly(); // 塞等待解除，如果执行存在异常，则直接抛出 rethrowIfFailed(); return this; } // waiters加1，如果超过Short.MAX_VALUE则抛出IllegalStateException private void incWaiters() { if (waiters == Short.MAX_VALUE) { throw new IllegalStateException("too many waiters: " + this); } ++waiters; } // waiters减1 private void decWaiters() { --waiters; } // cause不为null则抛出 private void rethrowIfFailed() { Throwable cause = cause(); if (cause == null) { return; } PlatformDependent.throwException(cause); } private boolean await0(long timeoutNanos, boolean interruptable) throws InterruptedException { // 如果Promise执行完毕，直接返回 if (isDone()) { return true; } // 如果超时时限小于0那么返回isDone()的结果 if (timeoutNanos <= 0) { return isDone(); } // 如果允许中断，当前线程的中断标志位为true，则抛出InterruptedException if (interruptable && Thread.interrupted()) { throw new InterruptedException(toString()); } // 死锁检测 checkDeadLock(); // 记录当前的纳秒时间戳 long startTime = System.nanoTime(); // 等待时间的长度 - 单位为纳秒 long waitTime = timeoutNanos; // 记录线程是否被中断 boolean interrupted = false; try { // 死循环 for (;;) { synchronized (this) { // 如果Promise执行完毕，直接返回true - 这一步是先验判断，命中了就不需要阻塞等待 if (isDone()) { return true; } // 等待线程数加1 incWaiters(); try { // 这里调用的是带超时时限的Object#wait()方法进行阻塞 wait(waitTime / 1000000, (int) (waitTime % 1000000)); } catch (InterruptedException e) { // 线程被中断并且外部允许中断，那么直接抛出InterruptedException if (interruptable) { throw e; } else { // 否则只记录中断过的状态 interrupted = true; } } finally { // 解除阻塞后等待线程数减1 decWaiters(); } } // 解除阻塞后，如果Promise执行完毕，直接返回true if (isDone()) { return true; } else { // 步入这里说明Promise尚未执行完毕，则重新计算等待时间间隔的长度数量（修正），如果大于0则进入下一轮循环 waitTime = timeoutNanos - (System.nanoTime() - startTime); if (waitTime <= 0) { return isDone(); } } } } finally { // 如果线程被中断跳出等待阻塞，则清除线程的中断标志位 if (interrupted) { Thread.currentThread().interrupt(); } } } // ... 省略其他代码 ... } 复制代码
最后是几个设置结果和获取结果的方法：
public class DefaultPromise<V> extends AbstractFuture<V> implements Promise<V> { // ... 省略其他代码 ... @Override public Promise<V> setSuccess(V result) { // 设置成功结果，如果设置成功则返回当前Promise实例 if (setSuccess0(result)) { return this; } // 设置失败说明了多次设置，Promise已经执行完毕，则抛出异常 throw new IllegalStateException("complete already: " + this); } @Override public boolean trySuccess(V result) { // 设置成功结果，返回的布尔值表示成功或失败 return setSuccess0(result); } @Override public Promise<V> setFailure(Throwable cause) { // 设置失败结果，如果设置成功则返回当前Promise实例 if (setFailure0(cause)) { return this; } // 设置失败说明了多次设置，Promise已经执行完毕，则抛出异常 throw new IllegalStateException("complete already: " + this, cause); } @Override public boolean tryFailure(Throwable cause) { // 设置失败结果，返回的布尔值表示成功或失败 return setFailure0(cause); } @SuppressWarnings("unchecked") @Override public V getNow() { // 非阻塞获取结果，如果result是CauseHolder类型、SUCCESS属性实例或者UNCANCELLABLE实行实例则返回null，否则返回转换类型后的result值 // 对异常无感知，如果CauseHolder包裹了异常，此方法依然返回null Object result = this.result; if (result instanceof CauseHolder || result == SUCCESS || result == UNCANCELLABLE) { return null; } return (V) result; } @SuppressWarnings("unchecked") @Override public V get() throws InterruptedException, ExecutionException { // 永久阻塞获取结果 Object result = this.result; // 如果Promise未执行完毕则进行永久阻塞等待 if (!isDone0(result)) { await(); // 更新结果临时变量 result = this.result; } // result为SUCCESS属性实例或者UNCANCELLABLE属性实例的时候直接返回null if (result == SUCCESS || result == UNCANCELLABLE) { return null; } // 如果result为CauseHolder类型，则获取其中持有的cause属性，也有可能为null Throwable cause = cause0(result); if (cause == null) { // 执行成功的前提下转换类型后的result值返回 return (V) result; } // 取消的情况，抛出CancellationException if (cause instanceof CancellationException) { throw (CancellationException) cause; } // 剩余的情况一律封装为ExecutionException异常 throw new ExecutionException(cause); } @SuppressWarnings("unchecked") @Override public V get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException { // 带超时时限的阻塞获取结果 Object result = this.result; // 如果Promise未执行完毕则进行带超时时限的阻塞等待 if (!isDone0(result)) { if (!await(timeout, unit)) { // 等待超时直接抛出TimeoutException throw new TimeoutException(); } // 更新结果临时变量 result = this.result; } // result为SUCCESS属性实例或者UNCANCELLABLE属性实例的时候直接返回null if (result == SUCCESS || result == UNCANCELLABLE) { return null; } // 如果result为CauseHolder类型，则获取其中持有的cause属性，也有可能为null Throwable cause = cause0(result); if (cause == null) { // 执行成功的前提下转换类型后的result值返回 return (V) result; } // 取消的情况，抛出CancellationException if (cause instanceof CancellationException) { throw (CancellationException) cause; } // 剩余的情况一律封装为ExecutionException异常 throw new ExecutionException(cause); } @Override public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) { // CAS更新result为CANCELLATION_CAUSE_HOLDER，result的期望值必须为null if (RESULT_UPDATER.compareAndSet(this, null, CANCELLATION_CAUSE_HOLDER)) { // 判断是否需要进行等待线程的通知 if (checkNotifyWaiters()) { // 通知监听器进行回调 notifyListeners(); } return true; } return false; } private boolean setSuccess0(V result) { // 设置执行成功的结果，如果入参result为null，则选用SUCCESS属性，否则使用result return setValue0(result == null ? SUCCESS : result); } private boolean setFailure0(Throwable cause) { // 设置执行失败的结果，入参是Throwable类型，封装为CauseHolder，存放在CauseHolder实例的cause属性 return setValue0(new CauseHolder(checkNotNull(cause, "cause"))); } private boolean setValue0(Object objResult) { // CAS更新result为入参objResult，result的期望值必须为null或者UNCANCELLABLE才能更新成功 if (RESULT_UPDATER.compareAndSet(this, null, objResult) || RESULT_UPDATER.compareAndSet(this, UNCANCELLABLE, objResult)) { // 判断是否需要进行等待线程的通知 if (checkNotifyWaiters()) { // 通知监听器进行回调 notifyListeners(); } return true; } return false; } // 判断是否需要进行等待线程的通知 - 其实是判断是否需要通知监听器回调 private synchronized boolean checkNotifyWaiters() { // 如果等待线程数量大于0则调用Object#notifyAll()唤醒所有等待线程 if (waiters > 0) { notifyAll(); } // 如果listeners不为空（也就是存在监听器）的时候才返回true return listeners != null; } // ... 省略其他代码 ... } 复制代码
Promise的基本使用
要使用Netty的Promise模块，并不需要引入Netty的所有依赖，这里只需要引入netty-common：
<dependency> <groupId>io.netty</groupId> <artifactId>netty-common</artifactId> <version>4.1.44.Final</version> </dependency> 复制代码
EventExecutor选取方面，Netty已经准备了一个GlobalEventExecutor用于全局事件处理，这里可以直接选用（当然也可以自行实现EventExecutor或者用EventExecutor的其他实现类）：
EventExecutor executor = GlobalEventExecutor.INSTANCE; Promise<String> promise = new DefaultPromise<>(executor); 复制代码
这里设计一个场景：异步下载一个链接的资源到磁盘上，下载完成之后需要异步通知下载完的磁盘文件路径，得到通知之后打印下载结果到控制台中。
public class PromiseMain { public static void main(String[] args) throws Exception { String url = "http://xxx.yyy.zzz"; EventExecutor executor = GlobalEventExecutor.INSTANCE; Promise<DownloadResult> promise = new DefaultPromise<>(executor); promise.addListener(new DownloadResultListener()); Thread thread = new Thread(() -> { try { System.out.println("开始下载资源,url:" + url); long start = System.currentTimeMillis(); // 模拟下载耗时 Thread.sleep(2000); String location = "C:\\xxx\\yyy\\z.md"; long cost = System.currentTimeMillis() - start; System.out.println(String.format("下载资源成功,url:%s,保存到:%s,耗时:%d ms", url, location, cost)); DownloadResult result = new DownloadResult(); result.setUrl(url); result.setFileDiskLocation(location); result.setCost(cost); // 通知结果 promise.setSuccess(result); } catch (Exception ignore) { } }, "Download-Thread"); thread.start(); Thread.sleep(Long.MAX_VALUE); } @Data private static class DownloadResult { private String url; private String fileDiskLocation; private long cost; } private static class DownloadResultListener implements GenericFutureListener<Future<DownloadResult>> { @Override public void operationComplete(Future<DownloadResult> future) throws Exception { if (future.isSuccess()) { DownloadResult downloadResult = future.getNow(); System.out.println(String.format("下载完成通知,url:%s,文件磁盘路径:%s,耗时:%d ms", downloadResult.getUrl(), downloadResult.getFileDiskLocation(), downloadResult.getCost())); } } } } 复制代码
执行后控制台输出：
开始下载资源,url:http://xxx.yyy.zzz 下载资源成功,url:http://xxx.yyy.zzz,保存到:C:\xxx\yyy\z.md,耗时:2000 ms 下载完成通知,url:http://xxx.yyy.zzz,文件磁盘路径:C:\xxx\yyy\z.md,耗时:2000 ms 复制代码
Promise适用的场景很多，除了异步通知的场景也能用于同步调用，它在设计上比JUC的Future灵活很多，基于Future扩展出很多新的特性，有需要的可以单独引入此依赖直接使用。
Promise监听器栈深度的问题
有些时候，由于封装或者人为编码异常等原因，监听器的回调可能出现基于多个Promise形成的链（参考Issue-5302，a promise listener chain），这样子有可能出现递归调用深度过大而导致栈溢出，因此需要设置一个阈值，限制递归调用的最大栈深度，这个深度阈值暂且称为栈深度保护阈值，默认值是8，可以通过系统参数io.netty.defaultPromise.maxListenerStackDepth覆盖设置。这里贴出前面提到过的代码块：
private void notifyListeners() { EventExecutor executor = executor(); // 事件执行器必须是事件循环类型，也就是executor.inEventLoop()为true的时候才启用递归栈深度保护 if (executor.inEventLoop()) { // 获取当前线程绑定的InternalThreadLocalMap实例，这里类似于ThreadLocal final InternalThreadLocalMap threadLocals = InternalThreadLocalMap.get(); // 获取当前线程的监听器调用栈深度 final int stackDepth = threadLocals.futureListenerStackDepth(); // 监听器调用栈深度如果不超过阈值MAX_LISTENER_STACK_DEPTH if (stackDepth < MAX_LISTENER_STACK_DEPTH) { // 调用notifyListenersNow()前先设置监听器调用栈深度 + 1 threadLocals.setFutureListenerStackDepth(stackDepth + 1); try { notifyListenersNow(); } finally { // 调用notifyListenersNow()完毕后设置监听器调用栈深度为调用前的数值，也就是恢复线程的监听器调用栈深度 threadLocals.setFutureListenerStackDepth(stackDepth); } return; } } // 如果监听器调用栈深度超过阈值MAX_LISTENER_STACK_DEPTH，则直接每次通知监听器当成一个新的异步任务处理 safeExecute(executor, new Runnable() { @Override public void run() { notifyListenersNow(); } }); } 复制代码
如果我们想模拟一个例子触发「监听器调用栈深度保护」，那么只需要想办法在同一个EventLoop类型的线程中递归调用notifyListeners()方法即可。
最典型的例子就是在上一个Promise监听器回调的方法里面触发下一个Promise的监听器的setSuccess()（简单理解就是「套娃」），画个图理解一下：
测试代码：
public class PromiseListenerMain { private static final AtomicInteger COUNTER = new AtomicInteger(0); public static void main(String[] args) throws Exception { EventExecutor executor = ImmediateEventExecutor.INSTANCE; // root Promise<String> root = new DefaultPromise<>(executor); Promise<String> p1 = new DefaultPromise<>(executor); Promise<String> p2 = new DefaultPromise<>(executor); Promise<String> p3 = new DefaultPromise<>(executor); Promise<String> p4 = new DefaultPromise<>(executor); Promise<String> p5 = new DefaultPromise<>(executor); Promise<String> p6 = new DefaultPromise<>(executor); Promise<String> p7 = new DefaultPromise<>(executor); Promise<String> p8 = new DefaultPromise<>(executor); Promise<String> p9 = new DefaultPromise<>(executor); Promise<String> p10 = new DefaultPromise<>(executor); p1.addListener(new Listener(p2)); p2.addListener(new Listener(p3)); p3.addListener(new Listener(p4)); p4.addListener(new Listener(p5)); p5.addListener(new Listener(p6)); p6.addListener(new Listener(p7)); p7.addListener(new Listener(p8)); p8.addListener(new Listener(p9)); p9.addListener(new Listener(p10)); root.addListener(new Listener(p1)); root.setSuccess("success"); Thread.sleep(Long.MAX_VALUE); } private static class Listener implements GenericFutureListener<Future<String>> { private final String name; private final Promise<String> promise; public Listener(Promise<String> promise) { this.name = "listener-" + COUNTER.getAndIncrement(); this.promise = promise; } @Override public void operationComplete(Future<String> future) throws Exception { System.out.println(String.format("监听器[%s]回调成功...", name)); if (null != promise) { promise.setSuccess("success"); } } } } 复制代码
因为有safeExecute()兜底执行，上面的所有Promise都会回调，这里可以采用IDEA的高级断点功能，在步入断点的地方添加额外的日志，输出如下：
MAX_LISTENER_STACK_DEPTH(notifyListenersNow)执行--- 监听器[listener-9]回调成功... MAX_LISTENER_STACK_DEPTH(notifyListenersNow)执行--- 监听器[listener-0]回调成功... MAX_LISTENER_STACK_DEPTH(notifyListenersNow)执行--- 监听器[listener-1]回调成功... MAX_LISTENER_STACK_DEPTH(notifyListenersNow)执行--- 监听器[listener-2]回调成功... MAX_LISTENER_STACK_DEPTH(notifyListenersNow)执行--- 监听器[listener-3]回调成功... MAX_LISTENER_STACK_DEPTH(notifyListenersNow)执行--- 监听器[listener-4]回调成功... MAX_LISTENER_STACK_DEPTH(notifyListenersNow)执行--- 监听器[listener-5]回调成功... MAX_LISTENER_STACK_DEPTH(notifyListenersNow)执行--- 监听器[listener-6]回调成功... safeExecute(notifyListenersNow)执行---------- 监听器[listener-7]回调成功... safeExecute(notifyListenersNow)执行---------- 监听器[listener-8]回调成功... 复制代码
这里笔者有点疑惑，如果调用栈深度大于8，超出的部分会包装为Runnable实例提交到事件执行器执行，岂不是把递归栈溢出的隐患变成了内存溢出的隐患（因为异步任务也有可能积压，除非拒绝任务提交，那么具体要看EventExecutor的实现了）？
小结
Netty提供的Promise工具的源码和使用方式都分析完了，设计理念和代码都是十分值得借鉴，同时能够开箱即用，可以在日常编码中直接引入，减少重复造轮子的劳动和风险。
