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15 | Lock和Condition(下):Dubbo如何用管程实现异步转同步?

架构修炼师 201

前言:

当前大家对“java中同步和异步的理解”可能比较关怀,朋友们都需要知道一些“java中同步和异步的理解”的相关知识。那么小编在网上收集了一些对于“java中同步和异步的理解””的相关文章,希望大家能喜欢,我们快快来了解一下吧!

在上一篇文章中,我们讲到 Java SDK 并发包里的 Lock 有别于 synchronized 隐式锁的三个特性:能够响应中断、支持超时和非阻塞地获取锁。那今天我们接着再来详细聊聊 Java SDK 并发包里的 Condition,Condition 实现了管程模型里面的条件变量

Java语言的内置管程只有一个条件变量,而Lock&Condition 实现的管程是支持多个条件变量的,这是二者的一个重要区别。

很多并发场景下,支持多个条件变量能够让我们的并发程序可读性更好,实现起来也容易。例如:实现一个阻塞队列 就需要两个条件变量。

那如何利用两个条件变量快速实现阻塞队列呢?

一个阻塞队列,需要两个条件变量,一个是队列不空(空队列不允许出队),另一个是队列不满(队列已满不允许入队),这个例子我们前面在介绍管程的时候详细说过,这里就不再赘述。相关的代码,我这里重新列了出来,你可以温故知新一下。

public class BlockedQueue<T>{  final Lock lock =    new ReentrantLock();  // 条件变量:队列不满    final Condition notFull =    lock.newCondition();  // 条件变量:队列不空    final Condition notEmpty =    lock.newCondition();  // 入队  void enq(T x) {    lock.lock();    try {      while (队列已满){        // 等待队列不满        notFull.await();      }        // 省略入队操作...      //入队后,通知可出队      notEmpty.signal();    }finally {      lock.unlock();    }  }  // 出队  void deq(){    lock.lock();    try {      while (队列已空){        // 等待队列不空        notEmpty.await();      }        // 省略出队操作...      //出队后,通知可入队      notFull.signal();    }finally {      lock.unlock();    }    }}

不过,这里你需要注意,Lock 和 Condition 实现的管程,线程等待和通知需要调用 await()、signal()、signalAll(),它们的语义和 wait()、notify()、notifyAll() 是相同的

但是不一样的是,Lock&Condition 实现的管程里只能使用前面的 await()、signal()、signalAll(),而后面的 wait()、notify()、notifyAll() 只有在 synchronized 实现的管程里才能使用。如果一不小心在 Lock&Condition 实现的管程里调用了 wait()、notify()、notifyAll(),那程序可就彻底玩儿完了。

Java SDK 并发包里的 Lock 和 Condition 不过就是管程的一种实现而已,管程你已经很熟悉了,那 Lock 和 Condition 的使用自然是小菜一碟。下面我们就来看看在知名项目 Dubbo 中,Lock 和 Condition 是怎么用的。不过在开始介绍源码之前,我还先要介绍两个概念:同步和异步。

同步与异步

我们平时代码都是同步的,最近异步编程很火,那么同步跟异步到底什么区别呢?通俗讲就是调用方 是否需要等待结果,如果需要等待结果,就是同步;如果不需要等待结果,就是异步。

比如在下面的代码里,有一个计算圆周率小数点后 100 万位的方法pai1M(),这个方法可能需要执行俩礼拜,如果调用pai1M()之后,线程一直等着计算结果,等俩礼拜之后结果返回,就可以执行 printf("hello world")了,这个属于同步;如果调用pai1M()之后,线程不用等待计算结果,立刻就可以执行 printf("hello world"),这个就属于异步。

// 计算圆周率小说点后100万位 String pai1M() {  //省略代码无数}pai1M()printf("hello world")

同步,是 Java 代码默认的处理方式。如果你想让你的程序支持异步,可以通过下面两种方式来实现:

1、调用方创建一个子线程,在子线程中执行方法调用,这种调用我们称为异步调用;

2、方法实现的时候,创建一个新的线程执行主要逻辑,主线程直接 return,这种方法我们一般称为异步方法。

Dubbo 源码分析

其实在编程领域,异步的场景还是很多的,比如TCP协议本身就是异步的,我们工作中经常用到RPC的调用,在 TCP 协议层面,发送完 RPC 请求后,线程是不会等待 RPC 的响应结果的。可能你会觉得奇怪,平时工作中的 RPC 调用大多数都是同步的啊?这是怎么回事呢?

其实很简单,一定有人帮你做了异步转同步的事情,目前致命的RPC 框架 Dubbo 就给我们做了异步转同步的事情,怎么做的呢?

下面让我们来分析一下源码:

对于下面一个简单的 RPC 调用,默认情况下 sayHello() 方法,是个同步方法,也就是说,执行 service.sayHello(“dubbo”) 的时候,线程会停下来等结果。

DemoService service = 初始化部分省略String message =   service.sayHello("dubbo");System.out.println(message);

如果此时你将调用线程 dump 出来的话,会是下图这个样子,你会发现调用线程阻塞了,线程状态是 TIMED_WAITING。本来发送请求是异步的,但是调用线程却阻塞了,说明 Dubbo 帮我们做了异步转同步的事情。通过调用栈,你能看到线程是阻塞在 DefaultFuture.get() 方法上,所以可以推断:Dubbo 异步转同步的功能应该是通过 DefaultFuture 这个类实现的。

不过为了理清前后关系,还是有必要分析一下调用 DefaultFuture.get() 之前发生了什么。

DubboInvoker 的 108 行调用了 DefaultFuture.get(),这一行很关键,我稍微修改了一下列在了下面。这一行先调用了 request(inv, timeout) 方法,这个方法其实就是发送 RPC 请求,之后通过调用 get() 方法等待 RPC 返回结果。

public class DubboInvoker{  Result doInvoke(Invocation inv){    // 下面这行就是源码中108行    // 为了便于展示,做了修改    return currentClient       .request(inv, timeout)      .get();  }}

DefaultFuture 这个类是很关键,我把相关的代码精简之后,列到了下面。不过在看代码之前,你还是有必要重复一下我们的需求:当 RPC 返回结果之前,阻塞调用线程,让调用线程等待;当 RPC 返回结果后,唤醒调用线程,让调用线程重新执行。不知道你有没有似曾相识的感觉,这不就是经典的等待 - 通知机制吗?这个时候想必你的脑海里应该能够浮现出管程的解决方案了。有了自己的方案之后,我们再来看看 Dubbo 是怎么实现的。

// 创建锁与条件变量private final Lock lock     = new ReentrantLock();private final Condition done     = lock.newCondition();// 调用方通过该方法等待结果Object get(int timeout){  long start = System.nanoTime();  lock.lock();  try {  while (!isDone()) {    done.await(timeout);      long cur=System.nanoTime();    if (isDone() ||           cur-start > timeout){      break;    }  }  } finally {  lock.unlock();  }  if (!isDone()) {  throw new TimeoutException();  }  return returnFromResponse();}// RPC结果是否已经返回boolean isDone() {  return response != null;}// RPC结果返回时调用该方法   private void doReceived(Response res) {  lock.lock();  try {    response = res;    if (done != null) {      done.signal();    }  } finally {    lock.unlock();  }}

当 RPC 结果返回时,会调用 doReceived() 方法,这个方法里面,调用 lock() 获取锁,在 finally 里面调用 unlock() 释放锁,获取锁后通过调用 signal() 来通知调用线程,结果已经返回,不用继续等待了。

至此,Dubbo 里面的异步转同步的源码就分析完了,有没有觉得还挺简单的?最近这几年,工作中需要异步处理的越来越多了,其中有一个主要原因就是有些 API 本身就是异步 API。例如 websocket 也是一个异步的通信协议,如果基于这个协议实现一个简单的 RPC,你也会遇到异步转同步的问题。现在很多公有云的 API 本身也是异步的,例如创建云主机,就是一个异步的 API,调用虽然成功了,但是云主机并没有创建成功,你需要调用另外一个 API 去轮询云主机的状态。如果你需要在项目内部封装创建云主机的 API,你也会面临异步转同步的问题,因为同步的 API 更易用。

总结

Lock&Condition 是管程的一种实现,所以能否用好 Lock 和 Condition 要看你对管程模型理解得怎么样。管程的技术前面我们已经专门用了一篇文章做了介绍,你可以结合着来学,理论联系实践,有助于加深理解。

Lock&Condition 实现的管程相对于 synchronized 实现的管程来说更加灵活、功能也更丰富。

结合我自己的经验,我认为了解原理比了解实现更能让你快速学好并发编程,所以没有介绍太多 Java SDK 并发包里锁和条件变量是如何实现的。但如果你对实现感兴趣,可以参考《Java 并发编程的艺术》一书的第 5 章《Java 中的锁》,里面详细介绍了实现原理,我觉得写得非常好。

标签: #java中同步和异步的理解