netty系列之:EventExecutor,EventExecutorGroup和netty中的实现

2022-10-03 11:03:51

简介

netty作为一个异步NIO框架，多线程肯定是它的基础，但是对于netty的实际使用者来说，一般是不需要接触到多线程的，我们只需要按照netty框架规定的流程走下去，自定义handler来处理对应的消息即可。

那么有朋友会问了，作为一个NIO框架，netty的多线程到底体现在什么地方呢？它的底层原理是什么呢？

今天带大家来看看netty中的任务执行器EventExecutor和EventExecutorGroup。

EventExecutorGroup

因为EventExecutor继承自EventExecutorGroup，这里我们先来详细讲解一下EventExecutorGroup。

先看下EventExecutorGroup的定义：

public interface EventExecutorGroup extends ScheduledExecutorService, Iterable<EventExecutor>

EventExecutorGroup继承自JDK的ScheduledExecutorService，即可以执行定时任务，也可以像普通的任务执行器一样提交任务去执行。

同时EventExecutorGroup还继承了Iterable接口，表示EventExecutorGroup是可遍历的，它的遍历对象是EventExecutor。

EventExecutorGroup有两个和Iterable相关的方法，分别是next和iterator：

EventExecutor next();
    @Override
    Iterator<EventExecutor> iterator();

在EventExecutorGroup中调用next方法会返回一个EventExecutor对象，那么EventExecutorGroup和EventExecutor是什么关系呢？

我们再来看一下EventExecutor的定义：

public interface EventExecutor extends EventExecutorGroup

可以看到EventExecutor实际上是EventExecutorGroup的子类。但是在父类EventExecutorGroup中居然有对子类EventExecutor的引用。

这种在父类的Group中引用返回子类的设计模式在netty中非常常见，大家可以自行体会一下这样的设计到底是好还是坏。

EventExecutorGroup作为一个EventExecutor的Group对象，它是用来管理group中的EventExecutor的。所以在EventExecutorGroup中设计了一些对EventExecutor的统一管理接口。

比如boolean isShuttingDown()方法用来判断这个group中的所有EventExecutor全都在被shutdown或者已经被shutdown。

另外EventExecutorGroupt提供了shutdown group中所有EventExector的方法:Future<?> shutdownGracefully()和 terminate方法：Future<?> terminationFuture()。

这两个方法都返回了Future，所以我们可以认为这两个方法是异步方法。

EventExecutorGroup中其他的方法都是一些对JDK中ScheduledExecutorService方法的重写，比如submit,schedule,scheduleAtFixedRate,scheduleWithFixedDelay等。

EventExecutor

接下来我们再研究一下EventExecutor，在上一节中，我们简单的提到了EventExecutor继承自EventExecutorGroup，和EventExecutorGroup相比，EventExecutor有哪些新的方法呢？

我们知道EventExecutorGroup继承了Iterable,并且定义了一个next方法用来返回Group中的一个EventExecutor对象。

因为Group中有很多个EventExecutor，至于具体返回哪一个EventExecutor,还是由具体的实现类来实现的。

在EventExecutor中，它重写了这个方法：

@Override
EventExecutor next();

这里的next方法，返回的是EventExecutor本身。

另外，因为EventExecutor是由EventExecutorGroup来管理的，所以EventExecutor中还存在一个parent方法，用来返回管理EventExecutor的EventExecutorGroup：

EventExecutorGroup parent();

EventExecutor中新加了两个inEventLoop方法，用来判断给定的线程是否在event loop中执行。

boolean inEventLoop();
    boolean inEventLoop(Thread thread);

EventExecutor还提供两个方法可以返回Promise和ProgressivePromise.

<V> Promise<V> newPromise();
<V> ProgressivePromise<V> newProgressivePromise();

熟悉ECMAScript的朋友可能知道，Promise是ES6引入的一个新的语法功能，用来解决回调地狱的问题。这里的netty引入的Promise继承自Future，并且添加了两个success和failure的状态。

ProgressivePromise更进一步，在Promise基础上，提供了一个progress来表示进度。

除此之外，EventExecutor还提供了对Succeeded的结果和Failed异常封装成为Future的方法。

<V> Future<V> newSucceededFuture(V result);
    <V> Future<V> newFailedFuture(Throwable cause);

EventExecutorGroup在netty中的基本实现

EventExecutorGroup和EventExecutor在netty中有很多非常重要的实现，其中最常见的就是EventLoop和EventLoopGroup，鉴于EventLoop和EventLoopGroup的重要性，我们会在后面的章节中重点讲解他们。这里先来看下netty中的其他实现。

netty中EventExecutorGroup的默认实现叫做DefaultEventExecutorGroup,它的继承关系如下所示：

netty系列之:EventExecutor,EventExecutorGroup和netty中的实现

可以看到DefaultEventExecutorGroup继承自MultithreadEventExecutorGroup,而MultithreadEventExecutorGroup又继承自AbstractEventExecutorGroup。

先看下AbstractEventExecutorGroup的逻辑。AbstractEventExecutorGroup基本上是对EventExecutorGroup中接口的一些实现。

我们知道EventExecutorGroup中定义了一个next()方法，可以返回Group中的一个EventExecutor。

在AbstractEventExecutorGroup中，几乎所有EventExecutorGroup中的方法实现，都是调用next()方法来完成的，以submit方法为例：

public Future<?> submit(Runnable task) {
        return next().submit(task);
    }

可以看到submit方法首先调用next获取到的EventExecutor，然后再调用EventExecutor中的submit方法。

AbstractEventExecutorGroup中的其他方法都是这样的实现。但是AbstractEventExecutorGroup中并没有实现next()方法，具体如何从Group中获取到EventExecutor，还需要看底层的具体实现。

MultithreadEventExecutorGroup继承自AbstractEventExecutorGroup，提供了多线程任务的支持。

MultithreadEventExecutorGroup有两类构造函数，在构造函数中可以指定多线程的个数，还有任务执行器Executor,如果没有提供Executor的话，可以提供一个ThreadFactory,MultithreadEventExecutorGroup会调用new ThreadPerTaskExecutor(threadFactory)来为每一个线程构造一个Executor：

protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, ThreadFactory threadFactory, Object... args) {
        this(nThreads, threadFactory == null ? null : new ThreadPerTaskExecutor(threadFactory), args);
    }
        protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, Executor executor, Object... args) {
        this(nThreads, executor, DefaultEventExecutorChooserFactory.INSTANCE, args);
    }

MultithreadEventExecutorGroup对多线程的支持是怎么实现的呢？

首先MultithreadEventExecutorGroup提供了两个children，分别是children和readonlyChildren：

private final EventExecutor[] children;
    private final Set<EventExecutor> readonlyChildren;

children和MultithreadEventExecutorGroup中的线程个数是一一对应的，有多少个线程，children就有多大。

children = new EventExecutor[nThreads];

然后通过调用newChild方法，将传入的executor构造成为EventExecutor返回：

children[i] = newChild(executor, args);

看一下newChild方法的定义：

protected abstract EventExecutor newChild(Executor executor, Object... args) throws Exception;

这个方法在MultithreadEventExecutorGroup中并没有实现，需要在更具体的类中实现它。

readonlyChildren是child的只读版本，用来在遍历方法中返回：

readonlyChildren = Collections.unmodifiableSet(childrenSet);
public Iterator<EventExecutor> iterator() {
        return readonlyChildren.iterator();
    }

我们现在有了Group中的所有EventExecutor，那么在MultithreadEventExecutorGroup中，next方法是怎么选择具体返回哪一个EventExecutor呢？

先来看一下next方法的定义:

private final EventExecutorChooserFactory.EventExecutorChooser chooser;
chooser = chooserFactory.newChooser(children);
public EventExecutor next() {
        return chooser.next();
    }

next方法调用的是chooser的next方法，看一下chooser的next方法具体实现：

public EventExecutor next() {
            return executors[(int) Math.abs(idx.getAndIncrement() % executors.length)];
        }

可以看到，其实是一个很简单的根据index来获取对象的操作。

最后看一下DefaultEventExecutorGroup中对newChild方法的实现：

protected EventExecutor newChild(Executor executor, Object... args) throws Exception {
        return new DefaultEventExecutor(this, executor, (Integer) args[0], (RejectedExecutionHandler) args[1]);
    }

newChild返回的EventExecutor使用的是DefaultEventExecutor。这个类是EventExecutor在netty中的默认实现，我们在下一小结中详细进行讲解。

EventExecutor在netty中的基本实现

EventExecutor在netty中的默认实现是DefaultEventExecutor，先看下它的继承结构：

netty系列之:EventExecutor,EventExecutorGroup和netty中的实现

DefaultEventExecutor继承自SingleThreadEventExecutor,而SingleThreadEventExecutor又继承自AbstractScheduledEventExecutor,AbstractScheduledEventExecutor继承自AbstractEventExecutor。

先来看一下AbstractEventExecutor的定义：

public abstract class AbstractEventExecutor extends AbstractExecutorService implements EventExecutor

AbstractEventExecutor继承了AbstractExecutorService，并且实现了EventExecutor接口。

AbstractExecutorService是JDK中的类，它提供了 ExecutorService 的一些实现，比如submit, invokeAny and invokeAll等方法。

AbstractEventExecutor作为ExecutorGroup的一员，它提供了一个EventExecutorGroup类型的parent属性：

private final EventExecutorGroup parent;
public EventExecutorGroup parent() {
        return parent;
    }

对于next方法来说，AbstractEventExecutor返回的是它本身：

public EventExecutor next() {
        return this;
    }

AbstractScheduledEventExecutor继承自AbstractEventExecutor,它内部使用了一个PriorityQueue来存储包含定时任务的ScheduledFutureTask,从而实现定时任务的功能：

PriorityQueue<ScheduledFutureTask<?>> scheduledTaskQueue;

接下来是SingleThreadEventExecutor，从名字可以看出，SingleThreadEventExecutor使用的是单线程来执行提交的tasks，SingleThreadEventExecutor提供了一个默认的pending执行task的任务大小：DEFAULT_MAX_PENDING_EXECUTOR_TASKS，还定义了任务执行的几种状态：

private static final int ST_NOT_STARTED = 1;
    private static final int ST_STARTED = 2;
    private static final int ST_SHUTTING_DOWN = 3;
    private static final int ST_SHUTDOWN = 4;
    private static final int ST_TERMINATED = 5;

之前提到了EventExecutor中有一个特有的inEventLoop方法，判断给定的thread是否在eventLoop中，在SingleThreadEventExecutor中，我们看一下具体的实现：

public boolean inEventLoop(Thread thread) {
        return thread == this.thread;
    }

具体而言就是判断给定的线程和SingleThreadEventExecutor中定义的thread属性是不是同一个thread，SingleThreadEventExecutor中的thread是这样定义的：

这个thread是在doStartThread方法中进行初始化的：

executor.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                thread = Thread.currentThread();

所以这个thread是任务执行的线程，也就是executor中执行任务用到的线程。

再看一下非常关键的execute方法：

private void execute(Runnable task, boolean immediate) {
        boolean inEventLoop = inEventLoop();
        addTask(task);
        if (!inEventLoop) {
            startThread();

这个方法首先将task添加到任务队列中，然后调用startThread开启线程来执行任务。

最后来看一下DefaultEventExecutor，这个netty中的默认实现：

public final class DefaultEventExecutor extends SingleThreadEventExecutor

DefaultEventExecutor继承自SingleThreadEventExecutor，这个类中，它定义了run方法如何实现：

protected void run() {
        for (;;) {
            Runnable task = takeTask();
            if (task != null) {
                task.run();
                updateLastExecutionTime();
            }
            if (confirmShutdown()) {
                break;
            }
        }
    }

在SingleThreadEventExecutor中，我们会把任务加入到task queue中，在run方法中，会从task queue中取出对应的task，然后调用task的run方法执行。

总结

DefaultEventExecutorGroup继承了MultithreadEventExecutorGroup,MultithreadEventExecutorGroup中实际调用的是SingleThreadEventExecutor来执行具体的任务。

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