folly/futures/detail/Core.h

   1 /*
   2  * Copyright 2014 Facebook, Inc.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at
   7  *
   8  *   http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16
  17 #pragma once
  18
  19 #include <atomic>
  20 #include <mutex>
  21 #include <stdexcept>
  22 #include <vector>
  23
  24 #include <folly/Optional.h>
  25 #include <folly/SmallLocks.h>
  26
  27 #include <folly/futures/Try.h>
  28 #include <folly/futures/Promise.h>
  29 #include <folly/futures/Future.h>
  30 #include <folly/Executor.h>
  31 #include <folly/futures/detail/FSM.h>
  32
  33 #include <folly/io/async/Request.h>
  34
  35 namespace folly { namespace detail {
  36
  37 /*
  38         OnlyCallback
  39        /            \
  40   Start              Armed - Done
  41        \            /
  42          OnlyResult
  43
  44 This state machine is fairly self-explanatory. The most important bit is
  45 that the callback is only executed on the transition from Armed to Done,
  46 and that transition can happen immediately after transitioning from Only*
  47 to Armed, if it is active (the usual case).
  48 */
  49 enum class State : uint8_t {
  50   Start,
  51   OnlyResult,
  52   OnlyCallback,
  53   Armed,
  54   Done,
  55 };
  56
  57 /// The shared state object for Future and Promise.
  58 /// Some methods must only be called by either the Future thread or the
  59 /// Promise thread. The Future thread is the thread that currently "owns" the
  60 /// Future and its callback-related operations, and the Promise thread is
  61 /// likewise the thread that currently "owns" the Promise and its
  62 /// result-related operations. Also, Futures own interruption, Promises own
  63 /// interrupt handlers. Unfortunately, there are things that users can do to
  64 /// break this, and we can't detect that. However if they follow move
  65 /// semantics religiously wrt threading, they should be ok.
  66 ///
  67 /// It's worth pointing out that Futures and/or Promises can and usually will
  68 /// migrate between threads, though this usually happens within the API code.
  69 /// For example, an async operation will probably make a Promise, grab its
  70 /// Future, then move the Promise into another thread that will eventually
  71 /// fulfil it. With executors and via, this gets slightly more complicated at
  72 /// first blush, but it's the same principle. In general, as long as the user
  73 /// doesn't access a Future or Promise object from more than one thread at a
  74 /// time there won't be any problems.
  75 template<typename T>
  76 class Core {
  77  public:
  78   /// This must be heap-constructed. There's probably a way to enforce that in
  79   /// code but since this is just internal detail code and I don't know how
  80   /// off-hand, I'm punting.
  81   Core() {}
  82   ~Core() {
  83     assert(detached_ == 2);
  84   }
  85
  86   // not copyable
  87   Core(Core const&) = delete;
  88   Core& operator=(Core const&) = delete;
  89
  90   // not movable (see comment in the implementation of Future::then)
  91   Core(Core&&) noexcept = delete;
  92   Core& operator=(Core&&) = delete;
  93
  94   /// May call from any thread
  95   bool hasResult() const {
  96     switch (fsm_.getState()) {
  97       case State::OnlyResult:
  98       case State::Armed:
  99       case State::Done:
 100         assert(!!result_);
 101         return true;
 102
 103       default:
 104         return false;
 105     }
 106   }
 107
 108   /// May call from any thread
 109   bool ready() const {
 110     return hasResult();
 111   }
 112
 113   /// May call from any thread
 114   Try<T>& getTry() {
 115     if (ready()) {
 116       return *result_;
 117     } else {
 118       throw FutureNotReady();
 119     }
 120   }
 121
 122   /// Call only from Future thread.
 123   template <typename F>
 124   void setCallback(F func) {
 125     bool transitionToArmed = false;
 126     auto setCallback_ = [&]{
 127       context_ = RequestContext::saveContext();
 128       callback_ = std::move(func);
 129     };
 130
 131     FSM_START(fsm_)
 132       case State::Start:
 133         FSM_UPDATE(fsm_, State::OnlyCallback, setCallback_);
 134         break;
 135
 136       case State::OnlyResult:
 137         FSM_UPDATE(fsm_, State::Armed, setCallback_);
 138         transitionToArmed = true;
 139         break;
 140
 141       case State::OnlyCallback:
 142       case State::Armed:
 143       case State::Done:
 144         throw std::logic_error("setCallback called twice");
 145     FSM_END
 146
 147     // we could always call this, it is an optimization to only call it when
 148     // it might be needed.
 149     if (transitionToArmed) {
 150       maybeCallback();
 151     }
 152   }
 153
 154   /// Call only from Promise thread
 155   void setResult(Try<T>&& t) {
 156     bool transitionToArmed = false;
 157     auto setResult_ = [&]{ result_ = std::move(t); };
 158     FSM_START(fsm_)
 159       case State::Start:
 160         FSM_UPDATE(fsm_, State::OnlyResult, setResult_);
 161         break;
 162
 163       case State::OnlyCallback:
 164         FSM_UPDATE(fsm_, State::Armed, setResult_);
 165         transitionToArmed = true;
 166         break;
 167
 168       case State::OnlyResult:
 169       case State::Armed:
 170       case State::Done:
 171         throw std::logic_error("setResult called twice");
 172     FSM_END
 173
 174     if (transitionToArmed) {
 175       maybeCallback();
 176     }
 177   }
 178
 179   /// Called by a destructing Future (in the Future thread, by definition)
 180   void detachFuture() {
 181     activate();
 182     detachOne();
 183   }
 184
 185   /// Called by a destructing Promise (in the Promise thread, by definition)
 186   void detachPromise() {
 187     // detachPromise() and setResult() should never be called in parallel
 188     // so we don't need to protect this.
 189     if (!result_) {
 190       setResult(Try<T>(exception_wrapper(BrokenPromise())));
 191     }
 192     detachOne();
 193   }
 194
 195   /// May call from any thread
 196   void deactivate() {
 197     active_ = false;
 198   }
 199
 200   /// May call from any thread
 201   void activate() {
 202     active_ = true;
 203     maybeCallback();
 204   }
 205
 206   /// May call from any thread
 207   bool isActive() { return active_; }
 208
 209   /// Call only from Future thread
 210   void setExecutor(Executor* x) {
 211     executor_ = x;
 212   }
 213
 214   /// Call only from Future thread
 215   void raise(exception_wrapper e) {
 216     std::lock_guard<decltype(interruptLock_)> guard(interruptLock_);
 217     if (!interrupt_ && !hasResult()) {
 218       interrupt_ = std::move(e);
 219       if (interruptHandler_) {
 220         interruptHandler_(interrupt_);
 221       }
 222     }
 223   }
 224
 225   /// Call only from Promise thread
 226   void setInterruptHandler(std::function<void(exception_wrapper const&)> fn) {
 227     std::lock_guard<decltype(interruptLock_)> guard(interruptLock_);
 228     if (!hasResult()) {
 229       if (!!interrupt_) {
 230         fn(interrupt_);
 231       } else {
 232         interruptHandler_ = std::move(fn);
 233       }
 234     }
 235   }
 236
 237  private:
 238   void maybeCallback() {
 239     FSM_START(fsm_)
 240       case State::Armed:
 241         if (active_) {
 242           FSM_UPDATE2(fsm_, State::Done, []{},
 243                                          std::bind(&Core::doCallback, this));
 244         }
 245         FSM_BREAK
 246
 247       default:
 248         FSM_BREAK
 249     FSM_END
 250   }
 251
 252   void doCallback() {
 253     // TODO(5306911) we should probably try/catch around the callback
 254
 255     RequestContext::setContext(context_);
 256
 257     // TODO(6115514) semantic race on reading executor_ and setExecutor()
 258     Executor* x = executor_;
 259     if (x) {
 260       MoveWrapper<std::function<void(Try<T>&&)>> cb(std::move(callback_));
 261       MoveWrapper<Try<T>> val(std::move(*result_));
 262       x->add([cb, val]() mutable { (*cb)(std::move(*val)); });
 263     } else {
 264       callback_(std::move(*result_));
 265     }
 266   }
 267
 268   void detachOne() {
 269     auto d = ++detached_;
 270     assert(d >= 1);
 271     assert(d <= 2);
 272     if (d == 2) {
 273       delete this;
 274     }
 275   }
 276
 277   FSM<State> fsm_ {State::Start};
 278   std::atomic<unsigned char> detached_ {0};
 279   std::atomic<bool> active_ {true};
 280   folly::MicroSpinLock interruptLock_ {0};
 281   folly::Optional<Try<T>> result_ {};
 282   std::function<void(Try<T>&&)> callback_ {nullptr};
 283   std::shared_ptr<RequestContext> context_ {nullptr};
 284   std::atomic<Executor*> executor_ {nullptr};
 285   exception_wrapper interrupt_ {};
 286   std::function<void(exception_wrapper const&)> interruptHandler_ {nullptr};
 287 };
 288
 289 template <typename... Ts>
 290 struct VariadicContext {
 291   VariadicContext() : total(0), count(0) {}
 292   Promise<std::tuple<Try<Ts>... > > p;
 293   std::tuple<Try<Ts>... > results;
 294   size_t total;
 295   std::atomic<size_t> count;
 296   typedef Future<std::tuple<Try<Ts>...>> type;
 297 };
 298
 299 template <typename... Ts, typename THead, typename... Fs>
 300 typename std::enable_if<sizeof...(Fs) == 0, void>::type
 301 whenAllVariadicHelper(VariadicContext<Ts...> *ctx, THead&& head, Fs&&... tail) {
 302   head.setCallback_([ctx](Try<typename THead::value_type>&& t) {
 303     std::get<sizeof...(Ts) - sizeof...(Fs) - 1>(ctx->results) = std::move(t);
 304     if (++ctx->count == ctx->total) {
 305       ctx->p.setValue(std::move(ctx->results));
 306       delete ctx;
 307     }
 308   });
 309 }
 310
 311 template <typename... Ts, typename THead, typename... Fs>
 312 typename std::enable_if<sizeof...(Fs) != 0, void>::type
 313 whenAllVariadicHelper(VariadicContext<Ts...> *ctx, THead&& head, Fs&&... tail) {
 314   head.setCallback_([ctx](Try<typename THead::value_type>&& t) {
 315     std::get<sizeof...(Ts) - sizeof...(Fs) - 1>(ctx->results) = std::move(t);
 316     if (++ctx->count == ctx->total) {
 317       ctx->p.setValue(std::move(ctx->results));
 318       delete ctx;
 319     }
 320   });
 321   // template tail-recursion
 322   whenAllVariadicHelper(ctx, std::forward<Fs>(tail)...);
 323 }
 324
 325 template <typename T>
 326 struct WhenAllContext {
 327   WhenAllContext() : count(0) {}
 328   Promise<std::vector<Try<T> > > p;
 329   std::vector<Try<T> > results;
 330   std::atomic<size_t> count;
 331 };
 332
 333 template <typename T>
 334 struct WhenAnyContext {
 335   explicit WhenAnyContext(size_t n) : done(false), ref_count(n) {};
 336   Promise<std::pair<size_t, Try<T>>> p;
 337   std::atomic<bool> done;
 338   std::atomic<size_t> ref_count;
 339   void decref() {
 340     if (--ref_count == 0) {
 341       delete this;
 342     }
 343   }
 344 };
 345
 346 }} // folly::detail