大众点评Cat--Server模块架构分析

2021-09-13 22:15:17

之前写过一篇dubbo cluster–架构。因为dubbo逻辑集群的功能主要是在client端，主要侧重在client的分析。后来因为工作忙和懒癌，也就没再继续server的叙述了。最近正好在看大众点评的cat源码，其中也有rpc的模块，就借此专门来分析下rpc server的实现。

网络模型

Cat server基于netty，是典型的reactor模型。

上图是网上找的reactor模型示例图。Netty的boss和workder分别映射图中的mainReactor和subReactor。由boss accept nio channel，之后交由worker read, decode以及handle等。Netty的实现和图中略微有点不一致，在netty中decode和handle是同步的。

需要说明的是netty handler也可以异步处理，netty支持线程池分发handler thread。

还有另一种方案，由应用程序自身实现延迟队列做异步处理，handler只需将消息（事件）放入队列即可，cat采用的就是这种方案。Cat是通过decoder解码消息后调用handler将消息插入延迟队列，并没有向netty注册handler再由netty在decode完毕后调用相应handler。

Cat的传输数据对象为MessageTree，MessageCodec对传输消息编码和解码，MessageHanlder将消息放入队列。下图是cat server的静态结构。

cat server静态结构

CatHomeModule就是cat server，它包含两个逻辑模块，一个是reactor，另一个是延时队列（period），分别对应上图的左右半边。

MessageConsumer和TcpSocketReceiver均被CatHomeModule依赖，其实是在receiver初始化工程中也相应初始化了这两个重要组件。同时MessageConsumer也是MessageHandler聚合属性，而handler则是receiver的一个内部属性。结构上看起来有点混乱，但其实module是启动了receiver的初始化，然后receiver在初始化过程中依赖了handler，而handler又依赖了consumer。而Module和consumer之间的依赖关系是一种很弱的关系，只是为了注册虚拟机的shutdownhook（消息提交章节会做详细说明）。

MessageTree是经由网络传递的消息报文对象，由MessageCodec进行解码和编码。在服务端被解码生成后作为方法参数被MessageConsumer消费，最终放入MessageQueue等待MessageAnalyzer处理。

MessageQueue被聚合在PeriodTask内，后者是个daemon线程，不断轮询MessageQueue，当有队列里有消息时就调用MessageAnalyzer处理，每个task只对应一个analyzer，analyzer就是队列的消费者。

一个Period代表一个周期，每个周期对应一个持续时间（duration），默认是一小时，且周期是整点时间段，例如1：00-2：00，2：00-3：00，而不是1：01-2:01。每个周期对应多个task，每条消息相应的也会被拷贝成多分分发给每个task。

周期由PeriodManager参考周期策略（PeriodStrategy）的结果生成或结束。

介绍完cat server的实体概念后，再从动态层面看下它的初始化过程以及消息的就绪，消费和提交过程。

Server初始化

在静态结构视图里提到了CatHomeModule依赖两个实体，分别为MessageCosumer和TcpSocketReceiver，它们分别承担了reaactor以及延迟队列的功能，由CatHomeModule的initialize和setup阶段被初始化。

首先看下延迟队列的初始化过程。

上节提到策略结果会开始一个新的周期或者结束一个老的周期。上图的步骤5，策略会基于持续时间，提前开始时间（假设为a）以及延迟结束时间（假设为b）生成一个结果（a和b在cat中均默认为3分钟）。策略结果如果为正则start新周期，为负则end老周期，为0则不做任何动作。Cat默认超过duration*2+b的周期会被清理，相应的新周期也会提前a开始。

再看周期启动周期任务的过程（8-12），周期先回从应用上下文中获取所有的MessageAnalyzer（类似spring的getBeansOfType），再循环每个analyzer为每个analyzer生成一个或多个周期任务（视analyzer#getAnalyzerCount值而定）。

再看下reactor模块的初始化过程。

TcpSocketReciver在Server启动过程中被从上下文中lookup出来，并且执行初始化过程，在初始化的过程中通过依赖注入将MessageConsumer注入了MessageHandler中。相应的也将MessageHandler和MessageCodec注入给自己作为聚合属性。

消息就绪

TcpSocketReciver是个netty server，它监听socket请求，由关联的MessageDecoder解析生成MessageTree，再交由MessageHandler处理。MessageHandler将MessageTree交由MessageConsumer（延迟队列）消费，consumer基于MessageTree的时间戳找到相应的Period（步骤8），将其放入相应的PeriodTask中。Cat延时队列不支持主题，所以每条消息会默认被所有task消费。

详细描述下步骤8和步骤10：
1. PeriodManager维护了一个m_periods的list，find的过程就是轮询该列表找出duration包含MessageTree#timeStamp的唯一周期。
2. Period里会保存m_tasks映射，结构是（Analyzer类型全限定名，List）。在上节提过analyzer会对应一到多个task，对这种重复task select过程会通过MessageTree#domain进行hash取模只选出1个的。之所以要支持analyzer和task一对多的关系模型应该是考虑到有些analyzer处理会比较耗时，对这种就需要设定多个task，保证处理效率。

消息消费

消费过程相对简单，周期任务通过守护线程不断使用MessageAnalyzer对MessageQueue进行分析，如果MessageQueue#poll数据不为空则对poll出的MessageTree进行业务处理。每种MessageAnalyzer针对具体应用场景做相应处理，用户也可以自定义analyzer，只需要被容器感知就行。

消息提交

消息被消费后并不会立即持久化，而是放在内存里（analyzer的map属性），结构是（duration, (domain, T)），T是个业务维度的报表对象，例如EventReport，HeartbeatReport等。在周期结束或者jvm shutdown时会触发消息持久化。

1. 上图是正常周期结束的处理过程。之前介绍过PeriodManager会默认停掉duration*2+extraTime时间前的周期，被停的周期会循环周期内的所有task做finish，相应的task调用其聚合属性MessageAnalyzer的doCheckpoint做消息持久化。
2. 静态结构章节里介绍过MessageConsumer和CatHomeModule是很弱的依赖关系，用来注册虚拟机的shutdownhook。下面是注册shutdownhook的代码片段：

Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {

            @Override
            public void run() {
                consumer.doCheckpoint();
            }
        });

consumer#doCheckpoint会通过PeriodManager#findPeriod查找当前时间点对应的周期，并对该周期进行finish，对应上图步骤9及以后。
3. 需要强调的一点是，MessageAnalyzer对MessageTree并不是单纯的做保存，而是基于业务做指标度量。可以把MessageTree想象成度量指标，而MessageAnalyzer则是对指标作分析出报表，doCheckpoint持久化的一般都是报表数据，报表里包含了部分甚至全部MessageTree信息。

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