Flink中RPC实现原理简介

我会带着你远行 2024-03-26 22:22 14阅读 0赞

### 前提知识 ###

Akka是一套可扩展、弹性和快速的系统，为此Flink基于Akka实现了一套内部的RPC通信框架；为此先对Akka进行了解

#### Akka ####

Akka是使用Scala语言编写的库，基于Actor模型提供一个用于构建可扩展、弹性、快速响应的系统；并被应用到Flink中，基于Akka实现了集群组件之间的RPC通信框架

##### Actor模型 #####

Actor模型是一个通用的并发编程模型，**该模型独立维护隔离状态，基于消息传递实现异步通信**，大致可以理解为三部分：

*  邮箱：每个`actor`持有一个邮箱（mailbox），本质上是一个队列，用于存储消息。
 *  行为：每个`actor`可以发送消息至任何`actor`。
 *  状态：每个`actor`可以通过处理消息来更新内部状态，对于外部而言，`actor`的状态是隔离的状态，避免了并发环境下的锁和内存原子性问题

##### Akka系统组成 #####

Akka系统核心包括两个组件：`ActorSystem`和`Actor`（使用demo可以[参考这里][Link 1]）

*  只能通过`ActorSystem.actorOf`和`ActorContext.actorOf`创建`Actor`，不允许直接创建`Actor`
 *  只能通过`ActorRef`发送消息与`Actor`通信

### Flink的RPC框架 ###

Flink的RPC框架基于Akka实现，其中Flink集群中实现RPC通信节点功能主要有：`Dispacher`，`ResourceManager`，`TaskManager`，`TaskManager`；这些节点分别继承了`RpcEndPoint`抽象类，并在实现类中初始化各自`RpcServer`（类似于`Actor`）来提供本地和远程代码请求；`RpcServer`的创建和启动都是由`RpcService`（主要实现`AkkaRpcService`，封装`ActorSystem`）来完成，此外一个`RpcService`可以创建多个`RpcServer`；详细的调用链路图如下所示

![在这里插入图片描述][f2ac00ddf8a2401e93c205390556c3ce.png]

#### RpcEndPoint ####

`RpcEndPoint`代表RPC组件的端点，需要实现RPC通信的都需要实现`RpcEndPoint`，主要成员变量如下

![在这里插入图片描述][e2cf53d738204a1da3082c0e494dcf93.png]

*  `rpcServer`用于完成本地和远程调用能力
 *  `rpcService`是的`rpcService`引用，`rpcService`可用于启动/关闭当前`rpcServer`（`rpcServer`中封装了`ActorRef`）
 *  `mainThreadExecutor`封装了`MainThreadExecutable`接口（`RpcServer`接口继承了`MainThreadExecutable`），用于实现本地调用
 *  `endpointId`用于唯一标识当前的`RpcEndPoint`

#### AkkaRpcService ####

`AkkaRpcService`负责创建启动Flink集群中`RpcEndPoint`组件的`RpcServer`，且`AkkaRPCService`在集群创建时就会启动完毕；UML类图如下所示

![在这里插入图片描述][38c701c7c705422a961c7a019236db60.png]

属性：

*  `actorSystem`是引用Akka的`ActorSystem`，可以用于启动、停止`actor`（启动、停止`rpcServer`）
 *  `actors`用于存储创建的`RpcEndPoint`的实现类（类中会封装`actor`）

方法：

*  `startServer()`用于启动RpcServer，启动完成后这能对外提供服务
 *  `connect()`用于连接远端RpcEndpoint，并返回调用方RpcGateway接口的代理类，获得调用外部的能力

#### RpcServer ####

RpcServer是一个接口类，该类实现类有`AkkaInvocationHandler`和`FencedAkkaInvocationHandler`；`AkkaInvocationHandler`中封装有`ActorRef`，并通过动态代理技术（InvocationHandler）实现远程和本地方法调用

![在这里插入图片描述][dd1436910b664964ad6161412deabc94.png]

`RpcServer`中`RpcGateWay`、`MainThreadExecutable`和`StartStoppable`接口的方法，都会通过代理实现；方法中会查看调用方法实现类，来判断本地调用还是通过`RefActor`发送远程RPC调用

#### 小结 ####

Flink中每个需要使用RPC的组件都会实现`RpcEndpoint`，每个`RpcEndpoin`中都会包含两个属性`RpcService`和`RpcServer`；其中`RpcService`封装了`AkkaSystem`，`RpcServer`封装了`ActorRef`，最终通过动态代理技术实现方法的调用

参考资料：

书籍：Flink设计与实现

博客：https://cloud.tencent.com/developer/news/698662

[Link 1]: https://github.com/BaoPiao/blog/tree/net/akka
[f2ac00ddf8a2401e93c205390556c3ce.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/fefa8714c53840e6a85ff2d0a370beb6.png
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