并发编程 Promise, Future 和 Callback

http://isouth.org/archives/354.html

在并发编程中，我们通常会用到一组非阻塞的模型：Promise，Future 和 Callback。其中的 Future 表示一个可能还没有实际完成的异步任务的结果，针对这个结果可以添加 Callback 以便在任务执行成功或失败后做出对应的操作，而 Promise 交由任务执行者，任务执行者通过 Promise 可以标记任务完成或者失败。 可以说这一套模型是很多异步非阻塞架构的基础。

这一套经典的模型在 Scala、C# 中得到了原生的支持，但 JDK 中暂时还只有无 Callback 的 Future 出现，当然也并非在 JAVA 界就没有发展了，比如 Guava 就提供了ListenableFuture 接口，而 Netty 4+ 更是提供了完整的 Promise、Future 和 Listener 机制，在 Netty 的官方文档 Using as a generic library 中也介绍了将 Netty 作为一个 lib 包依赖，并且使用 Listenable futures 的示例。在实际的项目使用中，发现 Netty 的 EventLoop 机制不一定适用其他场景，因此想去除对 EventLoop 的依赖，实现一个简化版本。

参考 Scala 和 Netty 的代码重新定义了接口和实现，先介绍下和 Netty 版本的区别:

1. 去除了对 EventLoop 的依赖，Callback 的执行策略不同：任务未完成时添加的 Callback，会在结束任务的线程执行；任务完成后添加的 Callback 会在添加 Callback 线程立即执行
2. 一个 Callback 执行后会立即被清理
3. Callback 可以根据任务结果添加，支持添加以下三种 Callback: onComplete, onSuccess, onFailure, 不需要和 Netty 的 FutureListener 一样大部分场景下都需要检查 future.isSuccess 等
4. 支持 Callback 的组合，Callback 包含一些函数式的方法，比如 compose 和 andThen 可以用来组合
5. 使用 CountdownLatch 替换掉了 Netty 的 wait/notify 实现
6. 去掉 Netty Future 一些不常使用的方法，同时补充一些模型间关联的方法，比如 Promise.getFuture

然后再介绍几个使用这个 commons-future 的示例:

1. 异步执行任务，获得 Future 后添加 Callback
   1. final TaskPromise promise = new DefaultTaskPromise();
   2. final TaskFuture future = promise.getFuture();
   3. final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
   4. future.onComplete(new TaskCallback() { // 添加结束 Callback
   5.     @Override
   6.     public TaskFuture apply(TaskFuture f) {
   7.         latch.countDown();
   8.         return f;
   9.     }
   10. });
   11. new Thread(new Runnable() {
   12.     @Override
   13.     public void run() {
   14.         promise.setSuccess(null);
   15.     }
   16. }).start();
   17. latch.await();
2. 异步执行任务，获得 Future 后添加成功结束的 Callback
   1. final TaskPromise promise = new DefaultTaskPromise();
   2. final TaskFuture future = promise.getFuture();
   3. final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1);
   4. future.onSuccess(new TaskCallback() { // 添加成功结束 Callback
   5.     @Override
   6.     public TaskFuture apply(TaskFuture f) {
   7.         latch.countDown();
   8.         return f;
   9.     }
   10. });
   11. new Thread(new Runnable() {
   12.     @Override
   13.     public void run() {
   14.         promise.setSuccess(null);
   15.     }
   16. }).start();
   17. latch.await();
3. 异步执行任务，获得 Future 后，添加失败结束的组合 Callback
   1. final TaskPromise promise = new DefaultTaskPromise();
   2. final TaskFuture future = promise.getFuture();
   3. final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
   4. future.onFailure(new TaskCallback() {
   5.     @Override
   6.     public TaskFuture apply(TaskFuture f) {
   7.         latch.countDown();
   8.         return f;
   9.     }
   10. }.andThen(new TaskCallback() {
   11.     @Override
   12.     public TaskFuture apply(TaskFuture f2) {
   13.         latch.countDown();
   14.         return f2;
   15.     }
   16. }));
   17. new Thread(new Runnable() {
   18.     @Override
   19.     public void run() {
   20.         promise.setFailure(new IllegalStateException("cm"));
   21.     }
   22. }).start();
   23. latch.await();
4. 异步执行任务，获得 Future 后阻塞等待任务完成
   1. final TaskPromise promise = new DefaultTaskPromise();
   2. final TaskFuture future = promise.getFuture();
   3. new Thread(new Runnable() {
   4.     @Override
   5.     public void run() {
   6.         try {
   7.             TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
   8.         } catch (InterruptedException e) {
   9.         }
   10.         promise.setFailure(new IllegalStateException("cm"));
   11.     }
   12. }).start();
   13. future.await();

代码仓库: https://bitbucket.org/qiyi/commons-future
参考:

• http://docs.scala-lang.org/sips/completed/futures-promises.html
• http://scala-lang.org/
• https://github.com/netty/netty
• http://docs.oracle.com/javase/6/docs/api/java/util/concurrent/CountDownLatch.html
• http://biasedbit.com/countdownlatch-vs-wait-notify/