Tars | TarsJava SpingBoot启动与负载均衡源码初探

2022-06-23 04:20:26

前言
1. Tars客户端启动
- @EnableTarsServer
2. Communicator通信器
3. 客户端的负载均衡调用器LoadBalance
最后

前言

通过源码分析可以得出这样一个负载均衡的源码结构图（基于TarsJava SpringBoot）：

@EnableTarsServer注解：表明这是一个Tars服务；

@Import(TarsServerConfiguration.class)：引入Tars服务相关配置文件；
- Communcator：通信器；
  - getServantProxyFactory()：获取代理工厂管理者；
  - getObjectProxyFactory()：获取对象代理工厂；
    - createLoadBalance()：创建客户端负载均衡调用器；
      - select()：选择负载均衡调用器（有四种模式可以选择）；
        
        invoker：调用器；
        
        invoke()：具体的执行方法；
        
        doInvokeServant()：最底层的执行方法；
      - refresh()：更新负载均衡调用器；
    - createProtocolInvoker()：创建协议调用器；

注：在说明注解时，第一点加粗为注解中文含义，第二点为一般加在哪身上，缩进或代码块为示例，如：

@注解

中文含义
加在哪
其他……
- 语句示例
```
//代码示例
```

1. Tars客户端启动

我们知道Tars应用可以分为客户端与服务端，而负载均衡逻辑一般在客户端，因此我们将只关注客户端的启动流程。

一个基础知识，SpringBoot应用入口在主启动类，Tars SpringBoot的主启动类是这样的：

可以发现它与普通SpringBoot应用的区别在于多了个@EnableTarsServer注解；

@EnableTarsServer

Tars服务；
用在主启动类上；
表名该服务是一个Tars服务，启用Tars功能；

我们从examples/tars-spring-boot-client的主启动类App.java（@EnableTarsServer注解）点进去，可以看到SpringBoot在启动时帮我们做了哪些Tars相关的配置：

@EnableTarsServer注解源码：

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Import(TarsServerConfiguration.class)
public @interface EnableTarsServer {
}

可以知道他帮我们引入了Tars服务配置类TarsServerConfiguration.class，我们点进去：

@Configuration
public class TarsServerConfiguration {

    private final Server server = Server.getInstance();

    @Bean
    public Server server() {
        return this.server;
    }

    @Bean
    // 从通信器工厂注入通信器Communcator
    public Communicator communicator() {
        return CommunicatorFactory.getInstance().getCommunicator();
    }

    @Bean
    //通信器后置处理器
    public CommunicatorBeanPostProcessor communicatorBeanPostProcessor(Communicator communicator) {
        return new CommunicatorBeanPostProcessor(communicator);
    }

    @Bean
    //注入配置帮助器
    public ConfigHelper configHelper() {
        return ConfigHelper.getInstance();
    }

    @Bean
    //注入Servlet容器定制器
    public ServletContainerCustomizer servletContainerCustomizer() {
        return new ServletContainerCustomizer();
    }

    @Bean
    //Tars服务器启动生命周期
    public TarsServerStartLifecycle applicationStartLifecycle(Server server) {
        return new TarsServerStartLifecycle(server);
    }
}

在这些容器中，可以看出最重要的是通信器Communicator，里面定义了代理方式、配置文件、负载均衡选择器等重要属性，下面我们来分析这个容器

2. Communicator通信器

通信器，最关键的容器

通过源码分析，我们可以知道这个容器里有通信器相关初始化initCommunicator()、关闭shutdown()、获取容器idgetId()等基础方法，此外，有几个比较关键的方法：

getCommunicatorConfig：获取客户端协调器的配置文件。该配置文件里做了一些超时、线程数等相关配置；

getServantProxyFactory：获取代理工厂管理者。管理者的主要作用是管理ObjectProxyFactory，如果缓存有就从缓存中取，没有就生产；

public <T> Object getServantProxy(Class<T> clazz, String objName, String setDivision, ServantProxyConfig servantProxyConfig,
                                  LoadBalance loadBalance, ProtocolInvoker<T> protocolInvoker) {
    //获取管理者的键
    String key = setDivision != null ? clazz.getSimpleName() + objName + setDivision : clazz.getSimpleName() + objName;
    //通过键从缓存中获取管理者的值
    Object proxy = cache.get(key);
    if (proxy == null) {
        lock.lock();
        try {
            proxy = cache.get(key);
            if (proxy == null) {
                //创建管理者
                ObjectProxy<T> objectProxy = communicator.getObjectProxyFactory().getObjectProxy(
                    clazz, objName, setDivision, servantProxyConfig, loadBalance, protocolInvoker);
                //将管理者放进缓存
                cache.put(key, createProxy(clazz, objectProxy));
                proxy = cache.get(key);
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    return proxy;
}

getObjectProxyFactory：获取对象代理工厂。该工厂的作用是生产对象代理ObjectProxy，包括创建Servant服务的配置信息与更新服务端点等：

//生产对象代理ObjectProxy
public <T> ObjectProxy<T> getObjectProxy(Class<T> api, String objName, String setDivision, ServantProxyConfig servantProxyConfig,
                                         LoadBalance<T> loadBalance, ProtocolInvoker<T> protocolInvoker) throws ClientException {
    //如果容器里没有服务代理相关配置，则生成默认配置；如果容器里有服务代理相关配置，说明用户自定义了用户配置了服务代理，则读取用户配置文件进行自定义配置（SpringBoot的核心思想之一）
    if (servantProxyConfig == null) {
        servantProxyConfig = createServantProxyConfig(objName, setDivision);
    } else {
        servantProxyConfig.setCommunicatorId(communicator.getId());
        servantProxyConfig.setModuleName(communicator.getCommunicatorConfig().getModuleName(), communicator.getCommunicatorConfig().isEnableSet(), communicator.getCommunicatorConfig().getSetDivision());
        servantProxyConfig.setLocator(communicator.getCommunicatorConfig().getLocator());
        addSetDivisionInfo(servantProxyConfig, setDivision);
        servantProxyConfig.setRefreshInterval(communicator.getCommunicatorConfig().getRefreshEndpointInterval());
        servantProxyConfig.setReportInterval(communicator.getCommunicatorConfig().getReportInterval());
    }

    //更新服务端点
    updateServantEndpoints(servantProxyConfig);

    //【重要】创建客户端负载均衡调用器
    if (loadBalance == null) {
        loadBalance = createLoadBalance(servantProxyConfig);
    }

    //创建协议调用器
    if (protocolInvoker == null) {
        protocolInvoker = createProtocolInvoker(api, servantProxyConfig);
    }
    return new ObjectProxy<T>(api, servantProxyConfig, loadBalance, protocolInvoker, communicator);
}

……

    //创建Servant服务的配置信息
    private ServantProxyConfig createServantProxyConfig(String objName, String setDivision) throws CommunicatorConfigException {
    ……
}

……

    //更新服务端点：通过ObjectName判断是有设置了服务器节点，如果有（本地只连接），如果没有那就从tars管理中获取服务器节点。放在ServantCacheManager管理起来。
    private void updateServantEndpoints(ServantProxyConfig cfg) {
    CommunicatorConfig communicatorConfig = communicator.getCommunicatorConfig();
    ……
}

通过上面的客户端启动流程源码分析，我们找到第一个核心点： 客户端的负载均衡调用器LoadBalance。

*除了创建了一个负载均衡调用器LoadBalance，还创建了一个协议调用器protocolInvoker，该协议调用器里分别对同步与异步调用方法、Tars与Http协议请求处理、以及过滤器等相关配置，但我们的重点不在这，下面将着重分析LoadBalance。

3. 客户端的负载均衡调用器LoadBalance

我们点进去查看原有负载均衡逻辑，发现这是一个接口，里面定义了两个方法，都是与负载均衡调用器相关的：

public interface LoadBalance<T> {

    /**
     * 选择负载均衡调用器
     * @param 调用的上下文
     * @return
     * @throws 无负载均衡调用器 - 异常
     */
    Invoker<T> select(InvokeContext invokeContext) throws NoInvokerException;

    /**
     * 刷新本地负载均衡调用器
     * @param 负载均衡调用器
     */
    void refresh(Collection<Invoker<T>> invokers);
}

我们Ctrl+H一下即可发现该接口有四个实现类：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-KJyHqhl5-1627523692062)(https://lexiangla.com/assets/3963f704ee0411ebbe94aee286d18512 "负载均衡调用器实现类")]

分别是：

ConsistentHashLoadBalance：一致hash选择器；
HashLoadBalance：hash选择器；
RoundRobinLoadBalance: 轮询选择器；
DefaultLoadBalance：默认的选择器（由源码可知先ConsistentHashLoadBalance，HashLoadBalance，RoundRobinLoadBalance）；

需要注意实现类有四个，选择器有三个。这四个选择器都是一个构造方法+实现接口的两个方法，比较相近。下面我们只分析RoundRobinLoadBalance的select方法：

@Override
public Invoker<T> select(InvokeContext invocation) throws NoInvokerException {

    //静态权重缓存器列表
    List<Invoker<T>> staticWeightInvokers = staticWeightInvokersCache;

    //使用权重轮询
    if (staticWeightInvokers != null && !staticWeightInvokers.isEmpty()) {
        //【体现轮询】根据index获取一个调用器，规则是：获取“静态权重顺序递增值”的绝对值后对“静态权重缓存器数”取余？
        Invoker<T> invoker = staticWeightInvokers.get((staticWeightSequence.getAndIncrement() & Integer.MAX_VALUE) % staticWeightInvokers.size());
        //如果调用器存活则直接返回
        if (invoker.isAvailable()) return invoker;

        //判断存活：先根据调用器的url获取“调用器活动状态”，判断：状态的“上次重试时间”+“尝试重启时间间隔” < “系统当前时间”，存活则将系统当前时间设置为“上次重启时间”
        ServantInvokerAliveStat stat = ServantInvokerAliveChecker.get(invoker.getUrl());
        if (stat.isAlive() || (stat.getLastRetryTime() + (config.getTryTimeInterval() * 1000)) < System.currentTimeMillis()) {
            logger.info("try to use inactive invoker|" + invoker.getUrl().toIdentityString());
            stat.setLastRetryTime(System.currentTimeMillis());
            return invoker;
        }
    }

    //无权重轮询，抛出异常
    List<Invoker<T>> sortedInvokers = sortedInvokersCache;
    if (CollectionUtils.isEmpty(sortedInvokers)) {
        throw new NoInvokerException("no such active connection invoker");
    }

    List<Invoker<T>> list = new ArrayList<Invoker<T>>();
    for (Invoker<T> invoker : sortedInvokers) {
        //如果调用器挂了
        if (!invoker.isAvailable()) {

            //尝试救回调用器：先根据调用器的url获取“调用器活动状态”，判断：状态的“上次重试时间”+“尝试重启时间间隔” < “系统当前时间”，存活则加入到list中，挂了就不加入
            ServantInvokerAliveStat stat = ServantInvokerAliveChecker.get(invoker.getUrl());
            if (stat.isAlive() || (stat.getLastRetryTime() + (config.getTryTimeInterval() * 1000)) < System.currentTimeMillis()) {
                list.add(invoker);
            }
        } else {
            //调用器存活则将调用器添加到list里
            list.add(invoker);
        }
    }
    //TODO When all is not available. Whether to randomly extract one
    if (list.isEmpty()) {
        throw new NoInvokerException(config.getSimpleObjectName() + " try to select active invoker, size=" + sortedInvokers.size() + ", no such active connection invoker");
    }

    //随机获取一个调用器？
    Invoker<T> invoker = list.get((sequence.getAndIncrement() & Integer.MAX_VALUE) % list.size());

    //如果调用器不存活，则将当前系统时间设置为该调用器的上次重启时间
    if (!invoker.isAvailable()) {
        //Try to recall after blocking
        logger.info("try to use inactive invoker|" + invoker.getUrl().toIdentityString());
        ServantInvokerAliveChecker.get(invoker.getUrl()).setLastRetryTime(System.currentTimeMillis());
    }
    return invoker;
}

可以看出select方法重点还是在于“怎样”找到一个负载均衡调用器，只不过实现的方法不同，有的采用轮询的方法、有的根据hash值，而我们关注的是给负载均衡方法做扩展（增添路由规则），因此这里也不是重点。但为我们指明了一个方向，就是上面源码里反复提到的invoker调用器（invoker老眼熟了，SpringBoot里的controller参数处理里也有它）。

我们来看看Tars里的invoker，它也是一个接口，只有一个实现类，

public interface Invoker<T> {

    //获取uil
    Url getUrl();

    //获取api
    Class<T> getApi();

    //判断是否存活
    boolean isAvailable();

    //执行方法
    Object invoke(InvokeContext context) throws Throwable;

    //销毁方法
    void destroy();
}

通过对这几个实现类的源码阅读，我们发现invoke方法就是对doInvokeServant底层方法进行层层封装。

通过对TarsInvoker的源码阅读，我们还可以知道TarsInvoker有四个属性config、api、url、clients，对应前面提到的getXXX对应方法；还可以设置是否存活，对应前文对是否存活的判断。在doInvokeServant里最核心的操作流程是try里面的语句：

public class TarsInvoker<T> extends ServantInvoker<T> {

    final List<Filter> filters;

    public TarsInvoker(ServantProxyConfig config, Class<T> api, Url url, ServantClient[] clients) {
        super(config, api, url, clients);
        filters = AppContextManager.getInstance().getAppContext() == null ? null : AppContextManager.getInstance().getAppContext().getFilters(FilterKind.CLIENT);
    }

    @Override
    public void setAvailable(boolean available) {
        super.setAvailable(available);
    }

@Override
    protected Object doInvokeServant(final ServantInvokeContext inv) throws Throwable {
        final long begin = System.currentTimeMillis();
        int ret = Constants.INVOKE_STATUS_SUCC;
        try {
            //根据api获取将要执行的方法
            Method method = getApi().getMethod(inv.getMethodName(), inv.getParameterTypes());

            //如果是异步调用
            if (inv.isAsync()) {
                //执行异步方法
                invokeWithAsync(method, inv.getArguments(), inv.getAttachments());
                return null;
            //如果是承诺未来？？？
            } else if (inv.isPromiseFuture()) {
                return invokeWithPromiseFuture(method, inv.getArguments(), inv.getAttachments());// return Future Result
            } else {
                //执行同步方法
                TarsServantResponse response = invokeWithSync(method, inv.getArguments(), inv.getAttachments());
                ret = response.getRet() == TarsHelper.SERVERSUCCESS ? Constants.INVOKE_STATUS_SUCC : Constants.INVOKE_STATUS_EXEC;
                if (response.getRet() != TarsHelper.SERVERSUCCESS) {
                    throw ServerException.makeException(response.getRet(), response.getRemark());
                }
                return response.getResult();
            }
        } catch (Throwable e) {
            if (e instanceof TimeoutException) {
                ret = Constants.INVOKE_STATUS_TIMEOUT;
            } else if (e instanceof NotConnectedException) {
                ret = Constants.INVOKE_STATUS_NETCONNECTTIMEOUT;
            } else {
                ret = Constants.INVOKE_STATUS_EXEC;
            }
            throw e;
        } finally {
            if (inv.isNormal()) {
                setAvailable(ServantInvokerAliveChecker.isAlive(getUrl(), config, ret));
                InvokeStatHelper.getInstance().addProxyStat(objName)
                        .addInvokeTimeByClient(config.getMasterName(), config.getSlaveName(), config.getSlaveSetName(), config.getSlaveSetArea(),
                                config.getSlaveSetID(), inv.getMethodName(), getUrl().getHost(), getUrl().getPort(), ret, System.currentTimeMillis() - begin);
            }
        }
    }
 
    ……
}

而try语句里主要做的是执行的调用方法（异步、同步、承诺未来），由于我们要扩展的路由功能与调用方法无关，这里就不深入分析了。

由此我们可以分析得出负载均衡设计的底层结构图：

@EnableTarsServer注解：表明这是一个Tars服务；

@Import(TarsServerConfiguration.class)：引入Tars服务相关配置文件；
- Communcator：通信器；
  - getServantProxyFactory()：获取代理工厂管理者；
  - getObjectProxyFactory()：获取对象代理工厂；
    - createLoadBalance()：创建客户端负载均衡调用器；
      - select()：选择负载均衡调用器（有四种模式可以选择）；
        
        invoker：调用器；
        
        invoke()：具体的执行方法；
        
        doInvokeServant()：最底层的执行方法；
      - refresh()：更新负载均衡调用器；
    - createProtocolInvoker()：创建协议调用器；

最后

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1. Tars客户端启动

@EnableTarsServer

2. Communicator通信器

3. 客户端的负载均衡调用器LoadBalance

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