接上篇《IoSession对连接的操作》
IoFuture是和IoSession紧密相连的一个类,在官网上并没有对它的描述,因为它一般不会显示的拿出来用,权当是一个工具类被session所使用。当然在作用上,这个系列可并不简单,我们先看源码的注释对它的描述:
IoFuture represents the completion of an asynchronous I/O operation on an IoSession.
这个类是提供异步操作的一个工具,所以在读源码之前,必须对异步IO操作有所了解,然后我们才可以顺着这条路往下走。关于异步IO的介绍可以看:《同步、异步、阻塞、非阻塞》
IoFuture通过IoFutureListener被IoSession绑定,它的实现都放在org.apache.mina.core.future下。在IoFuture的实现中,分别提供了读、写、连接、关闭的future,通过这四个future来实现异步操作。异步操作很重要的一部分就是对线程的控制,所以在IoFuture这个接口中,我们能很清楚的理清这几个方法:await、join。当然还有notify,但是notify没有必要写在接口中,它可以在程序里直接使用。
这个系列的类设计的很规整,从上图的结构就能看出来,图中省略了write和connection的图,它们分别和read与close一致。由于这个类的操作没有那么复杂,继承关系也没有那么多层,所以这里面都没有用到Abstract的类来做具体实现。
下面我们来看这里面最核心的一个类DefaultIoFuture。这个类实现IoFuture接口,主要实现了对await和join的操作,以及处理死锁的操作。我们先看这个类关联到的成员变量,都比较简单:
/** A number of seconds to wait between two deadlock controls ( 5 seconds ) */ private static final long DEAD_LOCK_CHECK_INTERVAL = 5000L; /** The associated session */ private final IoSession session; /** A lock used by the wait() method */ private final Object lock; private IoFutureListener<?> firstListener; private List<IoFutureListener<?>> otherListeners; private Object result; private boolean ready; private int waiters;
在我看来,读源码的目的,一是为了理清框架的设计逻辑,理清结构,学习这些关联关系;二是为了学习处理细节,比如死锁的处理、线程安全的处理。在这个类中,我们将看到mina作者是如何处理死锁的问题的。
我们先看await操作,await主要是为了等待异步操作的完成,然后通知相关的listener。我们先看一个简单的await操作和验证死锁的操作:
public IoFuture await() throws InterruptedException { synchronized (lock) { while (!ready) { waiters++; try { lock.wait(DEAD_LOCK_CHECK_INTERVAL); } finally { waiters--; if (!ready) { checkDeadLock(); } } } } return this; }
我们应该要注意下在await方法中的wait操作,这里讲些题外话,面试中常问的wait和sleep的区别。wait的操作其实很规范,必须写在synchronized块内,必须由其他线程来notify,同时wait释放锁,不占资源。而sleep占着cup的资源区睡眠,时间没到不能被唤醒,只能通过中断来打断。在这个await方法中,wait了check dead lock的时间,并且设置了计数器waiters。这个waiters在setValue方法中被运用到,在setValue中:
public void setValue(Object newValue) { synchronized (lock) { // Allow only once. if (ready) { return; } result = newValue; ready = true; if (waiters > 0) { lock.notifyAll(); } } notifyListeners(); }
异步操作是没有一个固定的顺序,谁先做好谁就返回,所以一旦有异步任务完成了操作,就会notify所有的等待,让接下来先抢到的线程再执行。在DefaultIoFuture这个类中,我觉得最重要的到不是连接或者读写,而是上面提到的setValue和getValue,因为在后续的继承关系中,会不断的用到这两个方法。不仅在后续的继承关系中,这两个方法真正在传递值得操作是发生在IoService中,不要忘了虽然session很重要,但真正起连接作用的还是service。
然后我们再看下上面提到的check dead lock的方法,在抢占中只有读、写和连接会产生死锁的情况:
private void checkDeadLock() { if (!(this instanceof CloseFuture || this instanceof WriteFuture || this instanceof ReadFuture || this instanceof ConnectFuture)) { return; } StackTraceElement[] stackTrace = Thread.currentThread().getStackTrace(); // Simple and quick check. for (StackTraceElement s : stackTrace) { if (AbstractPollingIoProcessor.class.getName().equals(s.getClassName())) { IllegalStateException e = new IllegalStateException("t"); e.getStackTrace(); throw new IllegalStateException("DEAD LOCK: " + IoFuture.class.getSimpleName() + ".await() was invoked from an I/O processor thread. " + "Please use " + IoFutureListener.class.getSimpleName() + " or configure a proper thread model alternatively."); } } // And then more precisely. for (StackTraceElement s : stackTrace) { try { Class<?> cls = DefaultIoFuture.class.getClassLoader().loadClass(s.getClassName()); if (IoProcessor.class.isAssignableFrom(cls)) { throw new IllegalStateException("DEAD LOCK: " + IoFuture.class.getSimpleName() + ".await() was invoked from an I/O processor thread. " + "Please use " + IoFutureListener.class.getSimpleName() + " or configure a proper thread model alternatively."); } } catch (Exception cnfe) { // Ignore } } }
在追踪堆栈信息时,这里采用了两种check方式,简单和精确。在简单检测中,只是对比了类名,也就是对当前类有效,是一个一对一的比较。而在精确的检测中,采用isAssignableFrom方法来分别和其父类和本类进行比较。如果有死锁,就抛异常。另外join方法被废弃,由awaitUninterruptibly代替,虽然叫join,其实还是一种wait操作,等到一定时间将flag转变一下。
下面我们看ReadFuture接口,这个接口直接继承IoFuture接口,并添加了相关的写操作。接口由DefaultReadFuture实现。在使用中,ReadFuture在IoSession中read方法中被使用,也可以说,在session层,直接读写的是future,我们再看下AbstractIoSession中的read代码:
public final ReadFuture read() { if (!getConfig().isUseReadOperation()) { throw new IllegalStateException("useReadOperation is not enabled."); } Queue<ReadFuture> readyReadFutures = getReadyReadFutures(); ReadFuture future; synchronized (readyReadFutures) { future = readyReadFutures.poll(); if (future != null) { if (future.isClosed()) { // Let other readers get notified. readyReadFutures.offer(future); } } else { future = new DefaultReadFuture(this); getWaitingReadFutures().offer(future); } } return future; }
每次都是从队列中拿出一个future,同理,每次写也是往队列里写入一个future。在DefaultReadFuture中的方法都比较简单,这里就不贴出来了。另外WriteFuture和DefaultWriteFuture和read类似,也不再赘述。
最后我们看看ConnectFuture,我们常常写这么一段话来拿到session:
ConnectFuture future = connector.connect(new InetSocketAddress( HOST, PORT));// 创建连接 future.awaitUninterruptibly();// 等待连接创建完成 session = future.getSession();// 获得session
提一点,在多态的使用上,ConnectFuture完全可以换成IoFuture,这对后面的代码没有一点儿影响,getSession本身就是继承自IoFuture的。ConnectFuture接口由DefaultConnectFuture来具体实现,由于继承了DefaultIoFuture,所以这里面用到最多的就是DefaultIoFuture中的setValue和getValue方法,上面我们也特别强调了这两个方法的重要性,通过对result(setValue)的传递实现了对session、exception等状态的传递。
稍微总结一下future对异步的贡献,官方对future的描述就是处理了异步操作,从源码中我们很明显的可以看到future是通过await和notify来控制操作的连续性,通过死锁检测来做wait时的保障,上层(session)通过队列来缓冲各种任务,然后通过竞争,谁抢到了线程,谁就执行。Future不难,组织结构也很清楚,我觉得看这节的源代码最主要的还是要做好两点,第一是搞懂什么是异步,第二是要明白future为异步贡献了什么。
下一篇就要讲mina中最庞大的filter chain了,这是mina中代码最多,也是最具特色的一部分。