Dubbo Cluster介绍

2021-12-14 04:13:39

开篇

这篇文章的目的主要是为了分析Consumer侧Cluster的初始化过程，并针对Consumer实际执行invoke()的过程ClusterInvoker的执行流程进行分解。

Cluster初始化过程中会梳理Cluster和ClusterInvoker的关系，了解核心的join()方法。

consumer执行invoke()过程中会涉及ClusterInvoker、LoadBalance、RegistryDirectory的关系梳理，RegistryDirectory负责获取invoker的列表，LoadBalance负责针对invoker的列表负载均衡，ClusterInvoker作为invoke()总入口。

Cluster初始化过程

public class RegistryProtocol implements Protocol {

    private <T> Invoker<T> doRefer(Cluster cluster, Registry registry, Class<T> type, URL url) {

        RegistryDirectory<T> directory = new RegistryDirectory<T>(type, url);
        directory.setRegistry(registry);
        directory.setProtocol(protocol);

        // all attributes of REFER_KEY
        Map<String, String> parameters = new HashMap<String, String>(directory.getUrl().getParameters());
        URL subscribeUrl = new URL(CONSUMER_PROTOCOL, parameters.remove(REGISTER_IP_KEY), 0, type.getName(), parameters);
        if (!ANY_VALUE.equals(url.getServiceInterface()) && url.getParameter(REGISTER_KEY, true)) {
            directory.setRegisteredConsumerUrl(getRegisteredConsumerUrl(subscribeUrl, url));
            registry.register(directory.getRegisteredConsumerUrl());
        }
        directory.buildRouterChain(subscribeUrl);
        directory.subscribe(subscribeUrl.addParameter(CATEGORY_KEY,
                PROVIDERS_CATEGORY + "," + CONFIGURATORS_CATEGORY + "," + ROUTERS_CATEGORY));

        // cluster为Cluster$Adaptive

        // directory的url为 
        // zookeeper://127.0.0.1:2181/org.apache.dubbo.registry.RegistryService
        // ?anyhost=true&application=dubbo-demo-api-consumer
        // &check=false&cluster=failover&deprecated=false&dubbo=2.0.2
        // &dynamic=true&generic=false&interface=org.apache.dubbo.demo.DemoService&lazy=false
        // &methods=sayHello&pid=9034&register.ip=192.168.1.5
        // &release=2.7.2&remote.application=dubbo-demo-api-provider
        // &side=consumer&sticky=false&timestamp=1572012894506
        Invoker invoker = cluster.join(directory);

        ProviderConsumerRegTable.registerConsumer(invoker, url, subscribeUrl, directory);

        return invoker;
    }
}

RegistryProtocol在执行cluster.join(directory)方法，其中cluster为Cluster$Adaptive对象，directory为RegistryDirectory对象。
directory的url参数当中可以设置参数cluster=failover，指明consumer的负载均衡策略。
Invoker invoker = cluster.join(directory)返回的是MockClusterWrapper对象。

public class Cluster$Adaptive implements Cluster {

    public Invoker join(Directory directory) throws RpcException {
        
        if (directory == null) {
            throw new IllegalArgumentException("org.apache.dubbo.rpc.cluster.Directory argument == null");
        }
        
        if (directory.getUrl() == null) {
            throw new IllegalArgumentException("org.apache.dubbo.rpc.cluster.Directory argument getUrl() == null");
        }
        
        URL uRL = directory.getUrl();
        String string = uRL.getParameter("cluster", "failover");
        
        if (string == null) {
            throw new IllegalStateException(new StringBuffer()
            .append("Failed to get extension (org.apache.dubbo.rpc.cluster.Cluster) name from url (")
            .append(uRL.toString()).append(") use keys([cluster])").toString());
        }
        
        Cluster cluster = (Cluster)ExtensionLoader.getExtensionLoader(Cluster.class).getExtension(string);

        return cluster.join(directory);
    }
}

com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.Cluster文件

mock=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.support.wrapper.MockClusterWrapper
failover=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.support.FailoverCluster
failfast=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.support.FailfastCluster
failsafe=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.support.FailsafeCluster
failback=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.support.FailbackCluster
forking=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.support.ForkingCluster
available=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.support.AvailableCluster
mergeable=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.support.MergeableCluster
broadcast=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.support.BroadcastCluster

Cluster$Adaptive中获取默认值为failover的cluster扩展，cluster的定义在com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.Cluster文件。
ExtensionLoader.getExtensionLoader(Cluster.class).getExtension("failover")获取MockClusterWrapper对象。
getExtension("failover")的过程会涉及到Wrapper类的包装，先返回FailoverCluster对象，然后由包装类MockClusterWrapper进行包装。
cluster.join()执行MockClusterWrapper的join()方法。

public class FailoverCluster implements Cluster {

    public final static String NAME = "failover";

    @Override
    public <T> Invoker<T> join(Directory<T> directory) throws RpcException {
        return new FailoverClusterInvoker<T>(directory);
    }
}


public class MockClusterWrapper implements Cluster {

    private Cluster cluster;

    public MockClusterWrapper(Cluster cluster) {
        this.cluster = cluster;
    }

    @Override
    public <T> Invoker<T> join(Directory<T> directory) throws RpcException {
        return new MockClusterInvoker<T>(directory, this.cluster.join(directory));
    }
}

MockClusterWrapper的Cluster对象是FailoverCluster。
MockClusterWrapper的join()方法会执行FailoverCluster的join()方法。
MockClusterWrapper的join()方法返回MockClusterInvoker对象。
MockClusterWrapper的this.cluster.join(directory)相当于执行FailoverCluster的join()方法，返回FailoverClusterInvoker对象。
这部分叙述主要是描述MockClusterWrapper包含FailoverCluster，同时MockClusterWrapper.join()返回MockClusterInvoker对象，MockClusterInvoker对象包含MockClusterInvoker。

public class MockClusterInvoker<T> implements Invoker<T> {

    private final Directory<T> directory;
    private final Invoker<T> invoker;

    public MockClusterInvoker(Directory<T> directory, Invoker<T> invoker) {
        this.directory = directory;
        this.invoker = invoker;
    }
}


public class FailoverClusterInvoker<T> extends AbstractClusterInvoker<T> {

    public FailoverClusterInvoker(Directory<T> directory) {
        super(directory);
    }
}

MockClusterInvoker内部的invoker是FailoverClusterInvoker对象。
对MockClusterInvoker的invoke()会调用FailoverClusterInvoker的invoke()方法。

Cluster和ClusterInvoker关系

上图说明了ClusterInvoker和Cluster的类关系图，Cluster按照不同的负载均衡策略分成不同的Cluster，每个Cluster的join方法返回不同的ClusterInvoker对象。
Cluster的join()方法的作用就是生成对应的ClusterInvoker对象。

Dubbo Cluster invoker流程

下图以FailoverCluster为例说明Cluster在执行invoke动作的流程。

上图包含两个过程，分别是consumer侧ReferenceBean初始化，及consumer侧ReferenceBean的invoke()过程。

Reference流程分析

public class RegistryProtocol implements Protocol {

    private <T> Invoker<T> doRefer(Cluster cluster, Registry registry, Class<T> type, URL url) {
        RegistryDirectory<T> directory = new RegistryDirectory<T>(type, url);
        directory.setRegistry(registry);
        directory.setProtocol(protocol);
        // all attributes of REFER_KEY
        Map<String, String> parameters = new HashMap<String, String>(directory.getUrl().getParameters());
        URL subscribeUrl = new URL(CONSUMER_PROTOCOL, parameters.remove(REGISTER_IP_KEY), 0, type.getName(), parameters);
        if (!ANY_VALUE.equals(url.getServiceInterface()) && url.getParameter(REGISTER_KEY, true)) {
            directory.setRegisteredConsumerUrl(getRegisteredConsumerUrl(subscribeUrl, url));
            registry.register(directory.getRegisteredConsumerUrl());
        }
        directory.buildRouterChain(subscribeUrl);
        // 消费端执行订阅并获取所有相关的providers信息，directory对象内包含provider的invoker
        directory.subscribe(subscribeUrl.addParameter(CATEGORY_KEY,
                PROVIDERS_CATEGORY + "," + CONFIGURATORS_CATEGORY + "," + ROUTERS_CATEGORY));

        // cluster为Cluster@Adaptive对象
        Invoker invoker = cluster.join(directory);
        ProviderConsumerRegTable.registerConsumer(invoker, url, subscribeUrl, directory);
        return invoker;
    }
}

directory.subscribe()过程执行消费端订阅提供端的provider，订阅后在directory包含所有的provider对应的invoker对象。
doRefer()过程的cluster.join(directory)返回的是MockClusterInvoker对象。
MockClusterInvoker对象内部包含FailoverClusterInvoker对象。
在每个Reference的Bean对象初始化的过程中都会执行FailoverCluster => FailoverClusterInvoker的流程，由FailoverCluster.join()返回FailoverClusterInvoker。

invoke流程分析

public class MockClusterInvoker<T> implements Invoker<T> {

    private final Directory<T> directory;
    private final Invoker<T> invoker;

    public MockClusterInvoker(Directory<T> directory, Invoker<T> invoker) {
        this.directory = directory;
        this.invoker = invoker;
    }

    public Result invoke(Invocation invocation) throws RpcException {
        Result result = null;

        String value = directory.getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(), MOCK_KEY, Boolean.FALSE.toString()).trim();
        if (value.length() == 0 || "false".equalsIgnoreCase(value)) {
            result = this.invoker.invoke(invocation);

        } else if (value.startsWith("force")) {
            result = doMockInvoke(invocation, null);

        } else {
            // 省略无关代码
        }
        return result;
    }
}

MockClusterInvoker作为invoker的入口，执行invoke()方法会调用FailoverClusterInvoker的invoke()方法。
继续观察FailoverClusterInvoker的invoke()方法。

public abstract class AbstractClusterInvoker<T> implements Invoker<T> {
    // directory是RegistryDirectory对象
    protected final Directory<T> directory;

    public Result invoke(final Invocation invocation) throws RpcException {
        checkWhetherDestroyed();

        // binding attachments into invocation.
        Map<String, String> contextAttachments = RpcContext.getContext().getAttachments();
        if (contextAttachments != null && contextAttachments.size() != 0) {
            ((RpcInvocation) invocation).addAttachments(contextAttachments);
        }
        // 获取符合要求的invokers列表
        List<Invoker<T>> invokers = list(invocation);

        // 根据invocation上下文生成负载均衡策略
        LoadBalance loadbalance = initLoadBalance(invokers, invocation);
        RpcUtils.attachInvocationIdIfAsync(getUrl(), invocation);

        // 根据负载均衡策略选择合适invoker并进行调用
        return doInvoke(invocation, invokers, loadbalance);
    }

    protected List<Invoker<T>> list(Invocation invocation) throws RpcException {
        return directory.list(invocation);
    }
}

FailoverClusterInvoker作为AbstractClusterInvoker的子类，调用FailoverClusterInvoker对象的invoke()方法实际执行的是AbstractClusterInvoker的invoke()方法。
invoke()方法执行核心步骤如下：1、获取符合要求的invokers列表；2、根据invocation上下文生成负载均衡策略；3、根据负载均衡策略选择合适invoker并进行调用。

public abstract class AbstractDirectory<T> implements Directory<T> {

    public List<Invoker<T>> list(Invocation invocation) throws RpcException {
        return doList(invocation);
    }
}

public class RegistryDirectory<T> extends AbstractDirectory<T> implements NotifyListener {

    public List<Invoker<T>> doList(Invocation invocation) {
        List<Invoker<T>> invokers = null;
        try {
            // 根据路由规则去过滤一遍返回符合路由规则的invokers
            invokers = routerChain.route(getConsumerUrl(), invocation);
        } catch (Throwable t) {
        }

        return invokers == null ? Collections.emptyList() : invokers;
    }
}

获取符合要求的invoker列表。
RegistryDirectory执行List() => doList()的过程获取符合要求的invoker列表。
符合要求的invoker列表会根据路由规则过滤一遍，相当于provider侧全量的invoker会由路由规则进行过滤。

public abstract class AbstractClusterInvoker<T> implements Invoker<T> {

    protected LoadBalance initLoadBalance(List<Invoker<T>> invokers, Invocation invocation) {
        if (CollectionUtils.isNotEmpty(invokers)) {
            // LOADBALANCE_KEY = "loadbalance";
            // DEFAULT_LOADBALANCE = "random";
            return ExtensionLoader.getExtensionLoader(LoadBalance.class).getExtension(invokers.get(0).getUrl()
                    .getMethodParameter(RpcUtils.getMethodName(invocation), LOADBALANCE_KEY, DEFAULT_LOADBALANCE));
        } else {
            return ExtensionLoader.getExtensionLoader(LoadBalance.class).getExtension(DEFAULT_LOADBALANCE);
        }
    }
}

org.apache.dubbo.rpc.cluster.LoadBalance文件

random=org.apache.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.RandomLoadBalance
roundrobin=org.apache.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.RoundRobinLoadBalance
leastactive=org.apache.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.LeastActiveLoadBalance
consistenthash=org.apache.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.ConsistentHashLoadBalance

根据invocation上下文生成负载均衡策略。
ExtensionLoader.getExtensionLoader(LoadBalance.class).getExtension(extName)根据扩展名获取对应的负载均衡策略。
默认的负载均衡策略是random，对应的是RandomLoadBalance对象。

public class FailoverClusterInvoker<T> extends AbstractClusterInvoker<T> {

    public FailoverClusterInvoker(Directory<T> directory) {
        super(directory);
    }

    @Override
    @SuppressWarnings({"unchecked", "rawtypes"})
    public Result doInvoke(Invocation invocation, final List<Invoker<T>> invokers, LoadBalance loadbalance) throws RpcException {

        List<Invoker<T>> copyInvokers = invokers;
        checkInvokers(copyInvokers, invocation);
        String methodName = RpcUtils.getMethodName(invocation);
        // 默认调用一次，如果设置重试则在原来的一次调用次数上增加重试次数
        int len = getUrl().getMethodParameter(methodName, RETRIES_KEY, DEFAULT_RETRIES) + 1;
        if (len <= 0) {
            len = 1;
        }

        RpcException le = null; // last exception.
        List<Invoker<T>> invoked = new ArrayList<Invoker<T>>(copyInvokers.size()); // invoked invokers.
        Set<String> providers = new HashSet<String>(len);
        // 调用失败则按照重试次数进行重试
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            // 重新检测invokers是否已经变化
            if (i > 0) {
                checkWhetherDestroyed();
                copyInvokers = list(invocation);
                checkInvokers(copyInvokers, invocation);
            }
            // 根据loadBalance方法针对copyInvokers进行选择，根据不同负载均衡策略进行选择
            Invoker<T> invoker = select(loadbalance, invocation, 
                 copyInvokers, invoked);
            invoked.add(invoker);
            RpcContext.getContext().setInvokers((List) invoked);
            try {
                // 执行invoker动作
                Result result = invoker.invoke(invocation);
                return result;
            } catch (RpcException e) {
                if (e.isBiz()) { // biz exception.
                    throw e;
                }
                le = e;
            } catch (Throwable e) {
            } finally {
                providers.add(invoker.getUrl().getAddress());
            }
        }
    }
}

根据负载均衡策略选择合适invoker并进行调用。
调用FailoverClusterInvoker的select()方法会调用AbstractClusterInvoker的select()方法获取invoker对象。
AbstractClusterInvoker的select()内部根据负载均衡策略选择对应的invoker对象。
继续分析AbstractClusterInvoker的select()方法。

public abstract class AbstractClusterInvoker<T> implements Invoker<T> {

    protected Invoker<T> select(LoadBalance loadbalance, Invocation invocation,
                                List<Invoker<T>> invokers, List<Invoker<T>> selected) throws RpcException {

        // 执行doSelect()方法根据负载均衡策略loadbalance选择合适的invoker
        Invoker<T> invoker = doSelect(loadbalance, invocation, invokers, selected);

        return invoker;
    }



    private Invoker<T> doSelect(LoadBalance loadbalance, Invocation invocation,
                                List<Invoker<T>> invokers, List<Invoker<T>> selected) throws RpcException {

        if (invokers.size() == 1) {
            return invokers.get(0);
        }
        // 核心逻辑执行loadbalance负载均衡的select()动作
        Invoker<T> invoker = loadbalance.select(invokers, getUrl(), invocation);

        // 省略非核心逻辑代码

        return invoker;
    }
}

执行负载均衡策略的select()方法
loadbalance.select()执行负载均衡策略的select()方法。

总结

1、Consumer针对每个reference标签(对应引用provider的服务引用)会生成MockClusterInvoker对象。
2、MockClusterInvoker对象内部包含ClusterInvoker对象，根据集群策略不同的ClusterInvoker对象，具体的Cluster策略在com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.Cluster文件定义。
3、ClusterInvoker对象(如FailoverClusterInvoker对象)包含directory对象RegistryDirectory，RegistryDirectory包含引用接口的provider侧的invokers列表。
4、MockClusterInvoker的invoke()方法会调用FailoverClusterInvoker.invoke()方法；FailoverClusterInvoker.invoke()方法会调用RegistryDirectory()的list()方法返回可用的invokers列表。
5、FailoverClusterInvoker.invoke()会返回指定的负载均衡策略并选择合适的invoker进行调用。

-6、执行invoker的invoke()调用。

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开篇

Cluster初始化过程

Cluster和ClusterInvoker关系

Dubbo Cluster invoker流程

Reference流程分析

invoke流程分析

总结

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