Dubbo中Netty使用形式源码解读

秒速五厘米 2022-05-06 10:44 192阅读 0赞

先从Provider的角度讲，后从Consumer的角度讲，最后合起来讲共同和不同点。

每一个Dubbo接口作为Provider时，都会对外暴露Invoker，执行Export方法：

public class DubboProtocol extends AbstractProtocol { 
    
    	 public <T> Exporter<T> export(Invoker<T> invoker) throws RpcException { 
            URL url = invoker.getUrl();
    
            // 创建 DubboExporter 对象，并添加到 `exporterMap` 。
            // export service.
            String key = serviceKey(url);
            DubboExporter<T> exporter = new DubboExporter<T>(invoker, key, exporterMap);
            exporterMap.put(key, exporter);
    		......
            // 启动服务器
            openServer(url);
            // 初始化序列化优化器
            optimizeSerialization(url);
            return exporter;
        }
    
    	 /** * 启动通信服务器 * * @param url URL */
        private void openServer(URL url) { 
            // find server， ip:port
            String key = url.getAddress();
            //client 也可以暴露一个只有server可以调用的服务。
            //client can export a service which's only for server to invoke
            boolean isServer = url.getParameter(Constants.IS_SERVER_KEY, true); // isserver
            if (isServer) { 
                ExchangeServer server = serverMap.get(key);
                if (server == null) { 
                    serverMap.put(key, createServer(url));
                } else { 
                    // server supports reset, use together with override
                    server.reset(url);
                }
            }
        }
    
    }

在此期间需要实例化Server，多个不同的Provider，如果端口相同，那么会共用一个Server(NettyServer)，也就是只实例化一次。

public class NettyServer extends AbstractServer implements Server { 
    
    	@Override
        protected void doOpen() { 
            // 设置日志工厂
            NettyHelper.setNettyLoggerFactory();
    
            // 实例化 ServerBootstrap
            bootstrap = new ServerBootstrap();
    
            // 创建线程组
            bossGroup = new NioEventLoopGroup(1, new DefaultThreadFactory("NettyServerBoss", true));
            workerGroup = new NioEventLoopGroup(getUrl().getPositiveParameter(Constants.IO_THREADS_KEY, Constants.DEFAULT_IO_THREADS),
                    new DefaultThreadFactory("NettyServerWorker", true));
    
            // 创建 NettyServerHandler 对象
            final NettyServerHandler nettyServerHandler = new NettyServerHandler(getUrl(), this);
            // 设置 `channels` 属性
            channels = nettyServerHandler.getChannels();
    
            bootstrap
                    // 设置它的线程组
                    .group(bossGroup, workerGroup)
                    // 设置 Channel类型
                    .channel(NioServerSocketChannel.class) // Server
                    // 设置可选项
                    .childOption(ChannelOption.TCP_NODELAY, Boolean.TRUE)
                    .childOption(ChannelOption.SO_REUSEADDR, Boolean.TRUE)
                    .childOption(ChannelOption.ALLOCATOR, PooledByteBufAllocator.DEFAULT)
                    // 设置Handler链路
                    .childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() { 
                        @Override
                        protected void initChannel(NioSocketChannel ch) { 
                            // 创建 NettyCodecAdapter 对象
                            NettyCodecAdapter adapter = new NettyCodecAdapter(getCodec(), getUrl(), NettyServer.this);
                            ch.pipeline()//.addLast("logging",new LoggingHandler(LogLevel.INFO))//for debug
                                    .addLast("decoder", adapter.getDecoder()) // 解码
                                    .addLast("encoder", adapter.getEncoder())  // 编码
                                    .addLast("handler", nettyServerHandler); // 处理器
                        }
                    });
    
            // 服务器绑定端口监听
            // bind
            ChannelFuture channelFuture = bootstrap.bind(getBindAddress());
            channelFuture.syncUninterruptibly();
            channel = channelFuture.channel();
        }
    
    }

Netty的Reactor模型和ChannelPipeline模型网上很多，这里就不列举了。

上述代码实例化Netty的Reactor模型相关的对象，默认使用NioSocketChannel（Selector）作为数据传输通道，按顺序依次添加日志，解码，编码，业务处理的Handler。

Provider的Server在接收到Consumer（Client）的请求数据后，先通过解码Handler进行以下处理：

1.  **首先通过Dubbo协议的数据格式来对TCP/IP数据进行拆包**
2.  **将拆包得到的数据进行反序列化，比如Hession，Json，Thrift，ProtoBuf等，得到Java DTO**
3.  **将DTO以及Invoker的相关信息封装为一个Task，投递到执行线程池中，最终调用Dubbo接口**
4.  **将业务结果通过序列化工具序列化为可传输的字节数组，然后根据传输协议(Dubbo)组装成相应的数据格式，写入Channel**

1.**数据拆包及获取传输的Body：**

![Dubbo协议数据格式][Dubbo]

public class ExchangeCodec extends TelnetCodec { 
    
    	// header length.
        protected static final int HEADER_LENGTH = 16;
        // magic header.
        protected static final short MAGIC = (short) 0xdabb;
        protected static final byte MAGIC_HIGH = Bytes.short2bytes(MAGIC)[0];
        protected static final byte MAGIC_LOW = Bytes.short2bytes(MAGIC)[1];
    
    	 public Object decode(Channel channel, ChannelBuffer buffer) throws IOException { 
            // 读取 Header 数组，Header长度为16字节
            int readable = buffer.readableBytes();
            byte[] header = new byte[Math.min(readable, HEADER_LENGTH)];
            buffer.readBytes(header);
            // 解码
            return decode(channel, buffer, readable, header);
        }
    
    	   /** * @param channel * @param buffer * @param readable 可读取长度 * @param header 数据头部 * @return * @throws IOException */
        @Override
        protected Object decode(Channel channel, ChannelBuffer buffer, int readable, byte[] header) throws IOException { 
            // 非 Dubbo 协议，目前是 Telnet 命令。
            // 通过MAGIC判断请求数据是否为Dubbo协议
            if (readable > 0 && header[0] != MAGIC_HIGH || readable > 1 && header[1] != MAGIC_LOW) { 
                // 将 buffer 完全复制到 `header` 数组中。因为，上面的 `#decode(channel, buffer)` 方法，可能未读全
                int length = header.length;
                if (header.length < readable) { 
                    header = Bytes.copyOf(header, readable);
                    buffer.readBytes(header, length, readable - length);
                }
                // 【TODO 8026 】header[i] == MAGIC_HIGH && header[i + 1] == MAGIC_LOW ？
                for (int i = 1; i < header.length - 1; i++) { 
                    if (header[i] == MAGIC_HIGH && header[i + 1] == MAGIC_LOW) { 
                        buffer.readerIndex(buffer.readerIndex() - header.length + i);
                        header = Bytes.copyOf(header, i);
                        break;
                    }
                }
                // 提交给父类( Telnet ) 处理，目前是 Telnet 命令。
                return super.decode(channel, buffer, readable, header);
            }
            // Header 长度不够，返回需要更多的输入
            // check length.
            if (readable < HEADER_LENGTH) { 
                return DecodeResult.NEED_MORE_INPUT;
            }
    
            // `[96 - 127]`：Body 的**长度**。通过该长度，读取 Body 。
            // get data length.
            int len = Bytes.bytes2int(header, 12);
            checkPayload(channel, len);
    
            // 总长度不够，返回需要更多的输入
            int tt = len + HEADER_LENGTH;
            if (readable < tt) { 
                return DecodeResult.NEED_MORE_INPUT;
            }
    
            // 解析 Header + Body
            // limit input stream.
            ChannelBufferInputStream is = new ChannelBufferInputStream(buffer, len);
            try { 
                return decodeBody(channel, is, header);
            } finally { 
                // skip 未读完的流，并打印错误日志
                if (is.available() > 0) { 
                    try { 
                        if (logger.isWarnEnabled()) { 
                            logger.warn("Skip input stream " + is.available());
                        }
                        StreamUtils.skipUnusedStream(is);
                    } catch (IOException e) { 
                        logger.warn(e.getMessage(), e);
                    }
                }
            }
        }
    
    }

每次请求的数据都严格按照指定协议组装，Header+Body。Header16个字节长度，通过Header的数据结构来判断Channel里读取的数据是不是一次请求的完整数据。如果不够，那么返回，等待此Channel的下次数据读取；如果够了，那么将ByteBufer里指定Body长度的数据提交给序列化器反序列化为Java DTO。

2.将Body反序列化为Java DTO：

public class ExchangeCodec extends TelnetCodec { 
    
    	/** * 解析，返回 Request 或 Response * * @param channel 通道 * @param is 输出 * @param header Header * @return 结果 * @throws IOException 当发生 IO 异常时 */
        protected Object decodeBody(Channel channel, InputStream is, byte[] header) throws IOException { 
            byte flag = header[2], proto = (byte) (flag & SERIALIZATION_MASK);
            Serialization s = CodecSupport.getSerialization(channel.getUrl(), proto);
            ObjectInput in = s.deserialize(channel.getUrl(), is);
            // Response
            // get request id.
            long id = Bytes.bytes2long(header, 4);
            if ((flag & FLAG_REQUEST) == 0) {  // Response
                // decode response.
                Response res = new Response(id);
                if ((flag & FLAG_EVENT) != 0) { 
                    res.setEvent(Response.HEARTBEAT_EVENT);
                }
                // get status.
                byte status = header[3];
                res.setStatus(status);
                if (status == Response.OK) { 
                    try { 
                        Object data;
                        if (res.isHeartbeat()) { 
                            data = decodeHeartbeatData(channel, in);
                        } else if (res.isEvent()) { 
                            data = decodeEventData(channel, in);
                        } else { 
                            data = decodeResponseData(channel, in, getRequestData(id)); // `#getRequestData(id)` 的调用，是多余的
                        }
                        res.setResult(data);
                    } catch (Throwable t) { 
                        res.setStatus(Response.CLIENT_ERROR);
                        res.setErrorMessage(StringUtils.toString(t));
                    }
                } else { 
                    res.setErrorMessage(in.readUTF());
                }
                return res;
            // Request
            } else {  // Request
                // decode request.
                Request req = new Request(id);
                req.setVersion("2.0.0");
                req.setTwoWay((flag & FLAG_TWOWAY) != 0);
                if ((flag & FLAG_EVENT) != 0) {  // 心跳事件
                    req.setEvent(Request.HEARTBEAT_EVENT);
                }
                try { 
                    Object data;
                    if (req.isHeartbeat()) { 
                        data = decodeHeartbeatData(channel, in);
                    } else if (req.isEvent()) { 
                        data = decodeEventData(channel, in);
                    } else { 
                        data = decodeRequestData(channel, in);
                    }
                    req.setData(data);
                } catch (Throwable t) { 
                    // bad request
                    req.setBroken(true);
                    req.setData(t);
                }
                return req;
            }
        }
        
    }

根据Header里的第三个字节来判断当前数据是请求还是响应（因为Server和Client共用一套数据处理流程），实例化响应的Request，Response对象，将Header的第四个字节Status存入返回对象中，将第4-12个字节组成的RequestId存入返回对象，将Body数据通过反序列化得到的DTO存入返回对象。RequestId是一次请求的唯一标识，Client通过此标识来将Server返回的数据映射到之前发送的请求上。

3.对于Server，异步形式处理请求数据

public class AllChannelHandler extends WrappedChannelHandler { 
    
    	 public void received(Channel channel, Object message) throws RemotingException { 
            ExecutorService cexecutor = getExecutorService();
            try { 
                cexecutor.execute(new ChannelEventRunnable(channel, handler, ChannelState.RECEIVED, message));
            } catch (Throwable t) { 
               ......
            }
        }
    
    }

4.调用Dubbo接口，将请求结果反序列化，然后按照协议格式组装数据写入Channel:

调用Dubbo接口的代码在 DubboProtocol\#requestHandler里，代码很容易看明白，这里就不列举了  
编码的Handler执行顺序在业务Handler写入数据之后，其会请求结果序列化，然后按照协议格式数据

public class ExchangeCodec extends TelnetCodec { 
    
    	 public void encode(Channel channel, ChannelBuffer buffer, Object msg) throws IOException { 
            if (msg instanceof Request) {  // 请求
                encodeRequest(channel, buffer, (Request) msg);
            } else if (msg instanceof Response) {  // 响应
                encodeResponse(channel, buffer, (Response) msg);
            } else {  // 提交给父类( Telnet ) 处理，目前是 Telnet 命令的结果。
                super.encode(channel, buffer, msg);
            }
        }
    
    	/** * 编码响应 * * @param channel 通道 * @param buffer Buffer * @param res 响应 * @throws IOException 当发生 IO 异常时 */
        protected void encodeResponse(Channel channel, ChannelBuffer buffer, Response res) throws IOException { 
            int savedWriteIndex = buffer.writerIndex();
            try { 
                Serialization serialization = getSerialization(channel);
                // `[0, 15]`：Magic Number
                // 构建Header
                byte[] header = new byte[HEADER_LENGTH];
                // set magic number.
                Bytes.short2bytes(MAGIC, header);
    
                // `[16, 20]`：Serialization 编号 && `[23]`：响应。
                // set request and serialization flag.
                header[2] = serialization.getContentTypeId();
    
                // `[21]`：`event` 是否为事件。
                if (res.isHeartbeat()) header[2] |= FLAG_EVENT;
    
                // `[24 - 31]`：`status` 状态。
                // set response status.
                byte status = res.getStatus();
                header[3] = status;
    
                // `[32 - 95]`：`id` 编号，Long 型。
                // set request id.
                Bytes.long2bytes(res.getId(), header, 4);
    
                // 编码 `Request.data` 到 Body ，并写入到 Buffer
                buffer.writerIndex(savedWriteIndex + HEADER_LENGTH);
                ChannelBufferOutputStream bos = new ChannelBufferOutputStream(buffer); // 序列化 Output
                ObjectOutput out = serialization.serialize(channel.getUrl(), bos);
                // encode response data or error message.
                if (status == Response.OK) { 
                    if (res.isHeartbeat()) { 
                        encodeHeartbeatData(channel, out, res.getResult());
                    } else { 
                        encodeResponseData(channel, out, res.getResult());
                    }
                } else { 
                    out.writeUTF(res.getErrorMessage());
                }
                // 释放资源
                out.flushBuffer();
                if (out instanceof Cleanable) { 
                    ((Cleanable) out).cleanup();
                }
                bos.flush();
                bos.close();
    
                // 检查 Body 长度，是否超过消息上限。
                int len = bos.writtenBytes();
                checkPayload(channel, len);
                // `[96 - 127]`：Body 的**长度**。
                Bytes.int2bytes(len, header, 12);
    
                // 写入 Header 到 Buffer
                // write
                buffer.writerIndex(savedWriteIndex);
                buffer.writeBytes(header); // write header.
                buffer.writerIndex(savedWriteIndex + HEADER_LENGTH + len);
            } catch (Throwable t) { 
               ......          
            }
        }
    }

在Provider端的Netty的作用流程基本就如上述所示，下面将Consumer端相对于Provider端不同的作用流程。

每个接口的Consumer在初始化时都会实例化一个NettyClient，也就是实例化一个Netty的Bootstrap。如果按照传统思路，每个Bootstrap关联一个EventLoopGroup，内部持有一个Selector，那么每个接口Consumer实例都会有一个Selector，这会造成资源的很大浪费，所以Dubbp定义了一个EventLoopGroup类型的常量，让所有Consumer在实例化时都用同一个EventLoopGroup，也就是一个Selector处理所有的Consumer的Channel：

public class NettyClient extends AbstractClient { 
    
    	private static final NioEventLoopGroup nioEventLoopGroup = new NioEventLoopGroup(Constants.DEFAULT_IO_THREADS, new DefaultThreadFactory("NettyClientWorker", true));
    	
    	protected void doOpen() { 
            // 设置日志工厂
            NettyHelper.setNettyLoggerFactory();
    
            // 创建 NettyClientHandler 对象
            final NettyClientHandler nettyClientHandler = new NettyClientHandler(getUrl(), this);
    
            // 实例化 ServerBootstrap
            bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap
                    // 设置它的线程组
                    .group(nioEventLoopGroup)
                    // 设置可选项
                    .option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
                    .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
                    .option(ChannelOption.ALLOCATOR, PooledByteBufAllocator.DEFAULT)
                    //.option(ChannelOption.CONNECT_TIMEOUT_MILLIS, getTimeout())
                    // 设置 Channel类型
                    .channel(NioSocketChannel.class);
    
            // 设置连接超时时间
            if (getTimeout() < 3000) { 
                bootstrap.option(ChannelOption.CONNECT_TIMEOUT_MILLIS, 3000);
            } else { 
                bootstrap.option(ChannelOption.CONNECT_TIMEOUT_MILLIS, getTimeout());
            }
    
            // 设置责Handler链路
            bootstrap.handler(new ChannelInitializer() { 
                @Override
                protected void initChannel(Channel ch) { 
                    // 创建 NettyCodecAdapter 对象
                    NettyCodecAdapter adapter = new NettyCodecAdapter(getCodec(), getUrl(), NettyClient.this);
                    ch.pipeline()//.addLast("logging",new LoggingHandler(LogLevel.INFO))//for debug
                            .addLast("decoder", adapter.getDecoder()) // 解码
                            .addLast("encoder", adapter.getEncoder()) // 编码
                            .addLast("handler", nettyClientHandler); // 处理器
                }
            });
        }
    }

Consumer相比于Provider还有一点不同：  
Provider会使用线程池异步的处理Consumer发送的请求，处理完成后将相应数据写入Channel；  
Consumer在大部分情况下都是发送同步请求，也就是会阻塞当前线程，直到Provider返回数据，或者阻塞超时。

public class DubboInvoker<T> extends AbstractInvoker<T> { 
    
    	   protected Result doInvoke(final Invocation invocation) { 
            RpcInvocation inv = (RpcInvocation) invocation;
            // 获得方法名
            final String methodName = RpcUtils.getMethodName(invocation);
            // 获得 `path`( 服务名 )，`version`
            inv.setAttachment(Constants.PATH_KEY, getUrl().getPath());
            inv.setAttachment(Constants.VERSION_KEY, version);
    
            // 获得 ExchangeClient 对象
            ExchangeClient currentClient;
            if (clients.length == 1) { 
                currentClient = clients[0];
            } else { 
                currentClient = clients[index.getAndIncrement() % clients.length];
            }
            // 远程调用
            try { 
                // 获得是否异步调用
                boolean isAsync = RpcUtils.isAsync(getUrl(), invocation);
                // 获得是否单向调用
                boolean isOneway = RpcUtils.isOneway(getUrl(), invocation);
                // 获得超时时间
                int timeout = getUrl().getMethodParameter(methodName, Constants.TIMEOUT_KEY, Constants.DEFAULT_TIMEOUT);
                // 单向调用
                if (isOneway) { 
                    boolean isSent = getUrl().getMethodParameter(methodName, Constants.SENT_KEY, false);
                    currentClient.send(inv, isSent);
                    RpcContext.getContext().setFuture(null);
                    return new RpcResult();
                // 异步调用
                } else if (isAsync) { 
                    ResponseFuture future = currentClient.request(inv, timeout);
                    RpcContext.getContext().setFuture(new FutureAdapter<Object>(future));
                    return new RpcResult();
                // 同步调用
                } else { 
                    RpcContext.getContext().setFuture(null);
                    return (Result) currentClient.request(inv, timeout).get();
                }
            } catch (TimeoutException e) { 
                throw new RpcException(RpcException.TIMEOUT_EXCEPTION, "Invoke remote method timeout. method: " + invocation.getMethodName() + ", provider: " + getUrl() + ", cause: " + e.getMessage(), e);
            } catch (RemotingException e) { 
                throw new RpcException(RpcException.NETWORK_EXCEPTION, "Failed to invoke remote method: " + invocation.getMethodName() + ", provider: " + getUrl() + ", cause: " + e.getMessage(), e);
            }
        }
    
    }

如果是同步调用的情况下，会将调用相关信息存入一个DefaultFuture中，然后阻塞，等待Provider返回信息，依据requestId来唤醒当前线程：

public class DefaultFuture implements ResponseFuture { 
    
    	/** * 通道集合 * * key：请求编号 */
        private static final Map<Long, Channel> CHANNELS = new ConcurrentHashMap<Long, Channel>();
        /** * Future 集合 * * key：请求编号 */
        private static final Map<Long, DefaultFuture> FUTURES = new ConcurrentHashMap<Long, DefaultFuture>();
    
    	public DefaultFuture(Channel channel, Request request, int timeout) { 
            this.channel = channel;
            this.request = request;
            this.id = request.getId();
            this.timeout = timeout > 0 ? timeout : channel.getUrl().getPositiveParameter(Constants.TIMEOUT_KEY, Constants.DEFAULT_TIMEOUT);
            // put into waiting map.
            FUTURES.put(id, this);
            CHANNELS.put(id, channel);
        }
    	/** * 阻塞式的等待结果 * * @param timeout * @return * @throws RemotingException */
    	public Object get(int timeout) throws RemotingException { 
            if (timeout <= 0) { 
                timeout = Constants.DEFAULT_TIMEOUT;
            }
            // 若未完成，等待
            if (!isDone()) { 
                long start = System.currentTimeMillis();
                lock.lock();
                try { 
                    // 等待完成或超时
                    while (!isDone()) { 
                        done.await(timeout, TimeUnit.MILLISECONDS);
                        if (isDone() || System.currentTimeMillis() - start > timeout) { 
                            break;
                        }
                    }
                } catch (InterruptedException e) { 
                    throw new RuntimeException(e);
                } finally { 
                    lock.unlock();
                }
                // 未完成，抛出超时异常 TimeoutException
                if (!isDone()) { 
                    throw new TimeoutException(sent > 0, channel, getTimeoutMessage(false));
                }
            }
            // 返回响应
            return returnFromResponse();
        }
    
    }

Consumer解析处Provider传递回来的数据，每解析成功一个返回结果，如果此次请求时同步请求，就会通过Condition唤醒相应requestId的请求线程，此时同步请求才会有结果返回。

/** * 完成 Condition */
        private final Condition done = lock.newCondition();
    
    	/** * 接收响应( Response ) * * @param channel 通道 * @param response 响应 */
        public static void received(Channel channel, Response response) { 
            try { 
                // 移除 FUTURES
                DefaultFuture future = FUTURES.remove(response.getId());
                // 接收结果
                if (future != null) { 
                    future.doReceived(response);
                } else { 
                    logger.warn("The timeout response finally returned at "
                        + (new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS").format(new Date()))
                        + ", response " + response
                        + (channel == null ? "" : ", channel: " + channel.getLocalAddress()
                        + " -> " + channel.getRemoteAddress()));
                }
                // 移除 CHANNELS
            } finally { 
                CHANNELS.remove(response.getId());
            }
        }
    
    	private void doReceived(Response res) { 
            // 锁定
            lock.lock();
            try { 
                // 设置结果
                response = res;
                // 通知，唤醒等待
                if (done != null) { 
                    done.signal();
                }
            } finally { 
                // 释放锁定
                lock.unlock();
            }
            // 调用回调
            if (callback != null) { 
                invokeCallback(callback);
            }
        }

Consumer的拆包，序列化，协议格式数据组装都和Provider都是相同的，每次请求都会有一个唯一标识requestId来匹配请求和响应。请求在Provider端使用线程池异步执行，在Consumer端可同步，异步，Oneway形式，如果是同步则阻塞线程，等待指定requestId的响应返回来唤醒线程。

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