Netty源码解析之异步处理(二):盛赞Promise中的集合设计
前言
在阅读Netty源码的过程中,我越来越相信一句话:“Netty的源码非常好,质量极高,是Java中质量最高的开源项目之一”。如果认真研究,会有一种遍地黄金的感觉。
本篇文件我将记录一下鄙人在Promise的实现类DefaultPromise中发现的一块黄金:即用来存储监听器的集合的设计。
问题引入
接上文《Netty源码解析之异步处理(一):Promise系列的源码与实现原理》,在使用Promise时,可以往Promise里面加多个监听器。那么在Promise中改用什么集合来保存已经添加的监听器呢?
我认为大部分程序员都会使用一个Set或List等集合来存储,Netty则认为这些统统不合适,使用了自定义的DefaultFutureListeners集合来存储。
Promise中的集合设计
奇怪的listeners属性
在DefaultPromise源码中,用来存储监听器的属性是一个Object类型的listeners。乍看会觉得很奇怪,因为Promise中的监听器可能不止一个,用一个非集合的listeners如何存储?
DefaultPromise源码中的listeners
//用来存储添加到Promise中的监听器
private Object listeners;
单个监听器添加部分的源码
为了解答上面的疑问,需要看下DefaultPromise中添加单个监听器部分的源码,位于addListener0(GenericFutureListener listener) 方法中。
private void addListener0(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener) {//当listeners == null时,表示是第一次添加监听器if (listeners == null) {listeners = listener;//等到第三次添加时,listeners已经是DefaultFutureListeners对象//因此走了这一步} else if (listeners instanceof DefaultFutureListeners) {((DefaultFutureListeners) listeners).add(listener);//当listeners != null,表示已经不是第一次添加//如果是第二次添加的话,listeners此时是一个监听器GenericFutureListener的实例,//因此,第二次添加的话,走这一步,创建DefaultFutureListeners实例赋值给listeners} else {listeners = new DefaultFutureListeners((GenericFutureListener<?>) listeners, listener);}}
从上面的源码中,我们可以看出,添加单个监听器分为三种方式:
1、第一次添加监听器时,直接把监听器,即GenericFutureListener类型的实例赋值给DefaultPromise中用来存储监听器的listeners属性。
2、第二次添加监听器时,创建了DefaultFutureListeners集合的对象,并且将两次添加的监听器作为参数传递。
然后,我们进入DefaultFutureListeners的构造方法。
DefaultFutureListeners(GenericFutureListener<? extends Future<?>> first, GenericFutureListener<? extends Future<?>> second) {//创建一个长度为2的数组listeners = new GenericFutureListener[2];//将第一次和第二次添加的两个监听器存入数组中listeners[0] = first;listeners[1] = second;//数组长度为2size = 2;//如果添加的监听器是进度监听器,progressiveSize自增1if (first instanceof GenericProgressiveFutureListener) {progressiveSize ++;}if (second instanceof GenericProgressiveFutureListener) {progressiveSize ++;}}
可以发现,在DefaultFutureListeners的构造方法中,创建一个长度为2的数组listeners,然后将第一次和第二次添加的两个监听器存入数组中。这时候,可以说两个监听器已经存储在DefaultFutureListeners集合中。
3、等到第三次或第三次以后添加时,调用DefaultFutureListeners的add方法将监听器存入集合。
在DefaultFutureListeners的add方法中,进行了检查数组长度和监听器插入数组等操作,没什么特别的。
public void add(GenericFutureListener<? extends Future<?>> l) {GenericFutureListener<? extends Future<?>>[] listeners = this.listeners;//获取当前集合中元素的数量final int size = this.size;//如果当前集合中元素的数量等于数组长度//说明本次添加时,数组长度就不足,因此数组需要扩容if (size == listeners.length) {//数组扩容,先用左移位将新数组长度设为原数组长度的两倍//然后使用数组拷贝的方式得到新数组this.listeners = listeners = Arrays.copyOf(listeners, size << 1);}//将监听器插入数组中listeners[size] = l;//集合中元素数量增加1this.size = size + 1;//如果本次添加的是进度监听器,progressiveSize也自增1if (l instanceof GenericProgressiveFutureListener) {progressiveSize ++;}}
Promise中集合设计的思考
为什么要这么设计?
刚开始我觉得非常奇怪,
1、为什么不直接把DefaultPromise源码中的listeners属性设为一个ArrayList类型的集合,而是要兜了一圈才用集合?
2、为什么DefaultFutureListeners创建后,其内部的数组长度只有2?多给点初始长度不是能避免数组扩容吗?
后来我在不断地阅读Netty源码时发现,在几乎全部的Promise实际使用场景中,添加的监听器数量很少,同一个Promise在大部分情况下只用了1个监听器,很少数情况下用了2个监听器,用到3个监听器的情况从未见过。
基于这种实际情况,如果刚开始就创建一个集合,甚至给集合中的数组分配一定的初始长度的话,在性能和存储空间上都是浪费!因为在大部分场景下一个Promise只包含1个监听器,所以直接把这一个监听器赋值给listeners属性是最好的选择。如果遇到了极少数的需要包含2个监听器的情况,那也只创建一个长度为2的数组来保存,因为监听器再多的情况几乎没有,这样避免空间浪费。
这种设计和编码方式叫做“启发式编程”。
使用栈可不可以?
我也想过Promise的监听器使用栈这种数据结构来存储是否可以,这样的话我们只要在监听器GenericFutureListener中定义一个next属性,用来指向下一个监听器即可,编码更加简洁和方便。
我认为可以,但是性能不如数组。因为在Promise的源码中,存储的监听器最多的使用场景就是遍历全部然后触发。因为数组在内存中是连续的,正好可以利用计算机的局部性原理,能让CPU缓存把本身就很小的数组全部读入,进而能以最快的速度进行遍历。而栈使用的是链表结构,链表的节点是分散在堆空间里面的,很难使用到CPU缓存。
数组与CPU缓存的详细关联请参考:https://www.cnblogs.com/ajuanabc/archive/2009/03/28/2462628.html
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