Dubbo源码解析(五)注册中心——multicast

目标:解释以为multicast实现的注册中心原理,理解单播、广播、多播区别,解读duubo-registry-multicast的源码

这是dubbo实现注册中心的第二种方式,也是dubbo的demo模块中用的注册中心实现方式。multicast其实是用到了MulticastSocket来实现的。

我这边稍微补充一点关于多点广播,也就是MulticastSocket的介绍。MulticastSocket类是继承了DatagramSocket类,DatagramSocket只允许把数据报发送给一个指定的目标地址,而MulticastSocket可以将数据报以广播的形式发送给多个客户端。它的思想是MulticastSocket会把一个数据报发送给一个特定的多点广播地址,这个多点广播地址是一组特殊的网络地址,当客户端需要发送或者接收广播信息时,只要加入该组就好。IP协议为多点广播提供了一批特殊的IP地址,地址范围是224.0.0.0至239.255.255.255。MulticastSocket类既可以将数据报发送到多点广播地址,也可以接收其他主机的广播信息。

以上是对multicast背景的简略介绍,接下来让我们具体的来看dubbo怎么把MulticastSocket运用到注册中心的实现中。

我们先来看看包下面有哪些类:

可以看到跟默认的注册中心的包结构非常类似。接下来我们就来解读一下这两个类。

(一)MulticastRegistry

该类继承了FailbackRegistry类,该类就是针对注册中心核心的功能注册、订阅、取消注册、取消订阅,查询注册列表进行展开,利用广播的方式去实现。

1.属性

// logging output
// 日志记录输出
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MulticastRegistry.class);

// 默认的多点广播端口
private static final int DEFAULT_MULTICAST_PORT = 1234;

// 多点广播的地址
private final InetAddress mutilcastAddress;

// 多点广播
private final MulticastSocket mutilcastSocket;

// 多点广播端口
private final int mutilcastPort;

//收到的URL
private final ConcurrentMap<URL, Set<URL>> received = new ConcurrentHashMap<URL, Set<URL>>();

// 任务调度器
private final ScheduledExecutorService cleanExecutor = Executors.newScheduledThreadPool(1, new NamedThreadFactory("DubboMulticastRegistryCleanTimer", true));

// 清理计时器,一定时间清理过期的url
private final ScheduledFuture<?> cleanFuture;

// 清理的间隔时间
private final int cleanPeriod;

// 管理员权限
private volatile boolean admin = false;
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看上面的属性,需要关注以下几个点:

  1. mutilcastSocket,该类是muticast注册中心实现的关键,这里补充一下单播、广播、以及多播的区别,因为下面会涉及到。单播是每次只有两个实体相互通信,发送端和接收端都是唯一确定的;广播目的地址为网络中的全体目标,而多播的目的地址是一组目标,加入该组的成员均是数据包的目的地。
  2. 关注任务调度器和清理计时器,该类封装了定时清理过期的服务的策略。

2.构造方法

public MulticastRegistry(URL url) {
    super(url);
    if (url.isAnyHost()) {
        throw new IllegalStateException("registry address == null");
    }
    if (!isMulticastAddress(url.getHost())) {
        throw new IllegalArgumentException("Invalid multicast address " + url.getHost() + ", scope: 224.0.0.0 - 239.255.255.255");
    }
    try {
        mutilcastAddress = InetAddress.getByName(url.getHost());
        // 如果url携带的配置中没有端口号,则使用默认端口号
        mutilcastPort = url.getPort() <= 0 ? DEFAULT_MULTICAST_PORT : url.getPort();
        mutilcastSocket = new MulticastSocket(mutilcastPort);
        // 禁用多播数据报的本地环回
        mutilcastSocket.setLoopbackMode(false);
        // 加入同一组广播
        mutilcastSocket.joinGroup(mutilcastAddress);
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                byte[] buf = new byte[2048];
                // 实例化数据报
                DatagramPacket recv = new DatagramPacket(buf, buf.length);
                while (!mutilcastSocket.isClosed()) {
                    try {
                        // 接收数据包
                        mutilcastSocket.receive(recv);
                        String msg = new String(recv.getData()).trim();
                        int i = msg.indexOf('\n');
                        if (i > 0) {
                            msg = msg.substring(0, i).trim();
                        }
                        // 接收消息请求,根据消息并相应操作,比如注册,订阅等
                        MulticastRegistry.this.receive(msg, (InetSocketAddress) recv.getSocketAddress());
                        Arrays.fill(buf, (byte) 0);
                    } catch (Throwable e) {
                        if (!mutilcastSocket.isClosed()) {
                            logger.error(e.getMessage(), e);
                        }
                    }
                }
            }
        }, "DubboMulticastRegistryReceiver");
        // 设置为守护进程
        thread.setDaemon(true);
        // 开启线程
        thread.start();
    } catch (IOException e) {
        throw new IllegalStateException(e.getMessage(), e);
    }
    // 优先从url中获取清理延迟配置,若没有,则默认为60s
    this.cleanPeriod = url.getParameter(Constants.SESSION_TIMEOUT_KEY, Constants.DEFAULT_SESSION_TIMEOUT);
    // 如果配置了需要清理
    if (url.getParameter("clean", true)) {
        // 开启计时器
        this.cleanFuture = cleanExecutor.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    // 清理过期的服务
                    clean(); // Remove the expired
                } catch (Throwable t) { // Defensive fault tolerance
                    logger.error("Unexpected exception occur at clean expired provider, cause: " + t.getMessage(), t);
                }
            }
        }, cleanPeriod, cleanPeriod, TimeUnit.MILLISECONDS);
    } else {
        this.cleanFuture = null;
    }
}
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这个构造器最关键的就是一个线程和一个定时清理任务。

  1. 线程中做的工作是根据接收到的消息来判定是什么请求,作出对应的操作,只要mutilcastSocket没有断开,就一直接收消息,内部的实现体现在receive方法中,下文会展开讲述。
  2. 定时清理任务是清理过期的注册的服务。通过两次socket的尝试来判定是否过期。clean方法下文会展开讲述

3.isMulticastAddress

private static boolean isMulticastAddress(String ip) {
    int i = ip.indexOf('.');
    if (i > 0) {
        String prefix = ip.substring(0, i);
        if (StringUtils.isInteger(prefix)) {
            int p = Integer.parseInt(prefix);
            return p >= 224 && p <= 239;
        }
    }
    return false;
}
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该方法很简单,为也没写注释,就是判断是否为多点广播地址,地址范围是224.0.0.0至239.255.255.255。

4.clean

private void clean() {
    // 当url中携带的服务接口配置为是*时候,才可以执行清理
    if (admin) {
        for (Set<URL> providers : new HashSet<Set<URL>>(received.values())) {
            for (URL url : new HashSet<URL>(providers)) {
                // 判断是否过期
                if (isExpired(url)) {
                    if (logger.isWarnEnabled()) {
                        logger.warn("Clean expired provider " + url);
                    }
                    //取消注册
                    doUnregister(url);
                }
            }
        }
    }
}
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该方法也比较简单,关机的是如何判断过期以及做的取消注册的操作。下面会展开讲解这几个方法。

5.isExpired

private boolean isExpired(URL url) {
    // 如果为非动态管理模式或者协议是consumer、route或者override,则没有过期
    if (!url.getParameter(Constants.DYNAMIC_KEY, true)
            || url.getPort() <= 0
            || Constants.CONSUMER_PROTOCOL.equals(url.getProtocol())
            || Constants.ROUTE_PROTOCOL.equals(url.getProtocol())
            || Constants.OVERRIDE_PROTOCOL.equals(url.getProtocol())) {
        return false;
    }
    Socket socket = null;
    try {
        // 利用url携带的主机地址和端口号实例化socket
        socket = new Socket(url.getHost(), url.getPort());
    } catch (Throwable e) {
        // 如果实例化失败,等待100ms重试第二次,如果还失败,则判定已过期
        try {
            // 等待100ms
            Thread.sleep(100);
        } catch (Throwable e2) {
        }
        Socket socket2 = null;
        try {
            socket2 = new Socket(url.getHost(), url.getPort());
        } catch (Throwable e2) {
            return true;
        } finally {
            if (socket2 != null) {
                try {
                    socket2.close();
                } catch (Throwable e2) {
                }
            }
        }
    } finally {
        if (socket != null) {
            try {
                socket.close();
            } catch (Throwable e) {
            }
        }
    }
    return false;
}
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这个方法就是判断服务是否过期,有两次尝试socket的操作,如果尝试失败,则判断为过期。

6.receive

private void receive(String msg, InetSocketAddress remoteAddress) {
    if (logger.isInfoEnabled()) {
        logger.info("Receive multicast message: " + msg + " from " + remoteAddress);
    }
    // 如果这个消息是以register、unregister、subscribe开头的,则进行相应的操作
    if (msg.startsWith(Constants.REGISTER)) {
        URL url = URL.valueOf(msg.substring(Constants.REGISTER.length()).trim());
        // 注册服务
        registered(url);
    } else if (msg.startsWith(Constants.UNREGISTER)) {
        URL url = URL.valueOf(msg.substring(Constants.UNREGISTER.length()).trim());
        // 取消注册服务
        unregistered(url);
    } else if (msg.startsWith(Constants.SUBSCRIBE)) {
        URL url = URL.valueOf(msg.substring(Constants.SUBSCRIBE.length()).trim());
        // 获得以及注册的url集合
        Set<URL> urls = getRegistered();
        if (urls != null && !urls.isEmpty()) {
            for (URL u : urls) {
                // 判断是否合法
                if (UrlUtils.isMatch(url, u)) {
                    String host = remoteAddress != null && remoteAddress.getAddress() != null
                            ? remoteAddress.getAddress().getHostAddress() : url.getIp();
                    // 建议服务提供者和服务消费者在不同机器上运行,如果在同一机器上,需设置unicast=false
                    // 同一台机器中的多个进程不能单播单播,或者只有一个进程接收信息,发给消费者的单播消息可能被提供者抢占,两个消费者在同一台机器也一样,
                    // 只有multicast注册中心有此问题
                    if (url.getParameter("unicast", true) // Whether the consumer's machine has only one process
                            && !NetUtils.getLocalHost().equals(host)) { // Multiple processes in the same machine cannot be unicast with unicast or there will be only one process receiving information
                        unicast(Constants.REGISTER + " " + u.toFullString(), host);
                    } else {
                        broadcast(Constants.REGISTER + " " + u.toFullString());
                    }
                }
            }
        }
    }/* else if (msg.startsWith(UNSUBSCRIBE)) {
    }*/
}
复制代码

可以很清楚的看到,根据接收到的消息开头的数据来判断需要做什么类型的操作,重点在于订阅,可以选择单播订阅还是广播订阅,这个取决于url携带的配置是什么。

7.broadcast

private void broadcast(String msg) {
    if (logger.isInfoEnabled()) {
        logger.info("Send broadcast message: " + msg + " to " + mutilcastAddress + ":" + mutilcastPort);
    }
    try {
        byte[] data = (msg + "\n").getBytes();
        // 实例化数据报,重点是目的地址是mutilcastAddress
        DatagramPacket hi = new DatagramPacket(data, data.length, mutilcastAddress, mutilcastPort);
        // 发送数据报
        mutilcastSocket.send(hi);
    } catch (Exception e) {
        throw new IllegalStateException(e.getMessage(), e);
    }
}
复制代码

这是广播的实现方法,重点是数据报的目的地址是mutilcastAddress。代表着一组地址

8.unicast

private void unicast(String msg, String host) {
    if (logger.isInfoEnabled()) {
        logger.info("Send unicast message: " + msg + " to " + host + ":" + mutilcastPort);
    }
    try {
        byte[] data = (msg + "\n").getBytes();
        // 实例化数据报,重点是目的地址是只是单个地址
        DatagramPacket hi = new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName(host), mutilcastPort);
        // 发送数据报
        mutilcastSocket.send(hi);
    } catch (Exception e) {
        throw new IllegalStateException(e.getMessage(), e);
    }
}
复制代码

这是单播的实现,跟广播的区别就只是目的地址不一样,单播的目的地址就只是一个地址,而广播的是一组地址。

9.doRegister && doUnregister && doSubscribe && doUnsubscribe

@Override
protected void doRegister(URL url) {
    broadcast(Constants.REGISTER + " " + url.toFullString());
}
@Override
protected void doUnregister(URL url) {
    broadcast(Constants.UNREGISTER + " " + url.toFullString());
}
@Override
protected void doSubscribe(URL url, NotifyListener listener) {
    // 当url中携带的服务接口配置为是*时候,才可以执行清理,类似管理员权限
    if (Constants.ANY_VALUE.equals(url.getServiceInterface())) {
        admin = true;
    }
    broadcast(Constants.SUBSCRIBE + " " + url.toFullString());
    // 对监听器进行同步锁
    synchronized (listener) {
        try {
            listener.wait(url.getParameter(Constants.TIMEOUT_KEY, Constants.DEFAULT_TIMEOUT));
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
}
@Override
protected void doUnsubscribe(URL url, NotifyListener listener) {
    if (!Constants.ANY_VALUE.equals(url.getServiceInterface())
            && url.getParameter(Constants.REGISTER_KEY, true)) {
        unregister(url);
    }
    broadcast(Constants.UNSUBSCRIBE + " " + url.toFullString());
}
复制代码

这几个方法就是实现了父类FailbackRegistry的抽象方法。都是调用了broadcast方法。

10.destroy

@Override
public void destroy() {
    super.destroy();
    try {
        // 取消清理任务
        if (cleanFuture != null) {
            cleanFuture.cancel(true);
        }
    } catch (Throwable t) {
        logger.warn(t.getMessage(), t);
    }
    try {
        // 把该地址从组内移除
        mutilcastSocket.leaveGroup(mutilcastAddress);
        // 关闭mutilcastSocket
        mutilcastSocket.close();
    } catch (Throwable t) {
        logger.warn(t.getMessage(), t);
    }
    // 关闭线程池
    ExecutorUtil.gracefulShutdown(cleanExecutor, cleanPeriod);
}
复制代码

该方法的逻辑跟dubbo注册中心的destroy方法类似,就多了把该地址从组内移除的操作。gracefulShutdown方法我在 《dubbo源码解析(四)注册中心——dubbo》 中已经讲到。

11.register

@Override
public void register(URL url) {
    super.register(url);
    registered(url);
}
复制代码
protected void registered(URL url) {
    // 遍历订阅的监听器集合
    for (Map.Entry<URL, Set<NotifyListener>> entry : getSubscribed().entrySet()) {
        URL key = entry.getKey();
        // 判断是否合法
        if (UrlUtils.isMatch(key, url)) {
            // 通过消费者url获得接收到的服务url集合
            Set<URL> urls = received.get(key);
            if (urls == null) {
                received.putIfAbsent(key, new ConcurrentHashSet<URL>());
                urls = received.get(key);
            }
            // 加入服务url
            urls.add(url);
            List<URL> list = toList(urls);
            for (NotifyListener listener : entry.getValue()) {
                // 把服务url的变化通知监听器
                notify(key, listener, list);
                synchronized (listener) {
                    listener.notify();
                }
            }
        }
    }
}
复制代码

可以看到该类重写了父类的register方法,不过逻辑没有过多的变化,就是把需要注册的url放入缓存中,如果通知监听器url的变化。

12.unregister

@Override
public void unregister(URL url) {
    super.unregister(url);
    unregistered(url);
}
复制代码
protected void unregistered(URL url) {
    // 遍历订阅的监听器集合
    for (Map.Entry<URL, Set<NotifyListener>> entry : getSubscribed().entrySet()) {
        URL key = entry.getKey();
        if (UrlUtils.isMatch(key, url)) {
            Set<URL> urls = received.get(key);
            // 缓存中移除
            if (urls != null) {
                urls.remove(url);
            }
            if (urls == null || urls.isEmpty()){
                if (urls == null){
                    urls = new ConcurrentHashSet<URL>();
                }
                // 设置携带empty协议的url
                URL empty = url.setProtocol(Constants.EMPTY_PROTOCOL);
                urls.add(empty);
            }
            List<URL> list = toList(urls);
            // 通知监听器 服务url变化
            for (NotifyListener listener : entry.getValue()) {
                notify(key, listener, list);
            }
        }
    }
}
复制代码

这个逻辑也比较清晰,把需要取消注册的服务url从缓存中移除,然后如果没有接收的服务url了,就加入一个携带empty协议的url,然后通知监听器服务变化。

13.lookup

@Override
public List<URL> lookup(URL url) {
    List<URL> urls = new ArrayList<URL>();
    // 通过消费者url获得订阅的服务的监听器
    Map<String, List<URL>> notifiedUrls = getNotified().get(url);
    // 获得注册的服务url集合
    if (notifiedUrls != null && notifiedUrls.size() > 0) {
        for (List<URL> values : notifiedUrls.values()) {
            urls.addAll(values);
        }
    }
    // 如果为空,则从内存缓存properties获得相关value,并且返回为注册的服务
    if (urls.isEmpty()) {
        List<URL> cacheUrls = getCacheUrls(url);
        if (cacheUrls != null && !cacheUrls.isEmpty()) {
            urls.addAll(cacheUrls);
        }
    }
    // 如果还是为空则从缓存registered中获得已注册 服务URL 集合
    if (urls.isEmpty()) {
        for (URL u : getRegistered()) {
            if (UrlUtils.isMatch(url, u)) {
                urls.add(u);
            }
        }
    }
    // 如果url携带的配置服务接口为*,也就是所有服务,则从缓存subscribed获得已注册 服务URL 集合
    if (Constants.ANY_VALUE.equals(url.getServiceInterface())) {
        for (URL u : getSubscribed().keySet()) {
            if (UrlUtils.isMatch(url, u)) {
                urls.add(u);
            }
        }
    }
    return urls;
}
复制代码

该方法是返回注册的服务url列表,可以看到有很多种获得的方法这些缓存都保存在AbstractRegistry类中,相关的介绍可以查看 《dubbo源码解析(三)注册中心——开篇》

14.subscribe && unsubscribe

@Override
public void subscribe(URL url, NotifyListener listener) {
    super.subscribe(url, listener);
    subscribed(url, listener);
}

@Override
public void unsubscribe(URL url, NotifyListener listener) {
    super.unsubscribe(url, listener);
    received.remove(url);
}
复制代码
protected void subscribed(URL url, NotifyListener listener) {
    // 查询注册列表
    List<URL> urls = lookup(url);
    // 通知url
    notify(url, listener, urls);
}

复制代码

这两个重写了父类的方法,分别是订阅和取消订阅。逻辑很简单。

(二)MulticastRegistryFactory

该类继承了AbstractRegistryFactory类,实现了AbstractRegistryFactory抽象出来的createRegistry方法,看一下原代码:

public class MulticastRegistryFactory extends AbstractRegistryFactory {

    @Override
    public Registry createRegistry(URL url) {
        return new MulticastRegistry(url);
    }

}

复制代码

可以看到就是实例化了MulticastRegistry而已,所有这里就不解释了。

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