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Dubbo Consumer 发送请求

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引言

在 Dubbo 系列文章的最后，我们回过头来看一下整个 RPC 过程是如何运作起来的，本文着重介绍整个调用链路中 Consumer 发送请求的执行过程，其他 Dubbo 相关文章均收录于 <Dubbo系列文章>。

消费方发送请求

本节我们来看一下同步调用模式下，服务消费方是如何发送调用请求的。在深入分析源码前，我们先来看一张图。
send-request-thread-stack
这张图展示了服务消费方发送请求过程的部分调用栈，略为复杂。从上图可以看出，经过多次调用后，才将请求数据送至 Netty NioClientSocketChannel。这样做的原因是通过 Exchange 层为框架引入 Request 和 Response 语义，这一点会在接下来的源码分析过程中会看到。其他的就不多说了，下面开始进行分析。首先分析 ReferenceCountExchangeClient 的源码。

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final class ReferenceCountExchangeClient implements ExchangeClient {

    private final URL url;
    private final AtomicInteger referenceCount = new AtomicInteger(0);

    public ReferenceCountExchangeClient(ExchangeClient client, ConcurrentMap<String, LazyConnectExchangeClient> ghostClientMap) {
        this.client = client;
        // 引用计数自增
        referenceCount.incrementAndGet();
        this.url = client.getUrl();

        // ...
    }

    @Override
    public ResponseFuture request(Object request) throws RemotingException {
        // 直接调用被装饰对象的同签名方法
        return client.request(request);
    }

    @Override
    public ResponseFuture request(Object request, int timeout) throws RemotingException {
        // 直接调用被装饰对象的同签名方法
        return client.request(request, timeout);
    }

    /** 引用计数自增，该方法由外部调用 */
    public void incrementAndGetCount() {
        // referenceCount 自增
        referenceCount.incrementAndGet();
    }

        @Override
    public void close(int timeout) {
        // referenceCount 自减
        if (referenceCount.decrementAndGet() <= 0) {
            if (timeout == 0) {
                client.close();
            } else {
                client.close(timeout);
            }
            client = replaceWithLazyClient();
        }
    }

    // 省略部分方法
}

ReferenceCountExchangeClient 内部定义了一个引用计数变量 referenceCount，每当该对象被引用一次 referenceCount 都会进行自增。每当 close 方法被调用时，referenceCount 进行自减。ReferenceCountExchangeClient 内部仅实现了一个引用计数的功能，其他方法并无复杂逻辑，均是直接调用被装饰对象的相关方法。所以这里就不多说了，继续向下分析，这次是 HeaderExchangeClient。

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public class HeaderExchangeClient implements ExchangeClient {

    private static final ScheduledThreadPoolExecutor scheduled = new ScheduledThreadPoolExecutor(2, new NamedThreadFactory("dubbo-remoting-client-heartbeat", true));
    private final Client client;
    private final ExchangeChannel channel;
    private ScheduledFuture<?> heartbeatTimer;
    private int heartbeat;
    private int heartbeatTimeout;

    public HeaderExchangeClient(Client client, boolean needHeartbeat) {
        if (client == null) {
            throw new IllegalArgumentException("client == null");
        }
        this.client = client;

        // 创建 HeaderExchangeChannel 对象
        this.channel = new HeaderExchangeChannel(client);

        // 以下代码均与心跳检测逻辑有关
        String dubbo = client.getUrl().getParameter(Constants.DUBBO_VERSION_KEY);
        this.heartbeat = client.getUrl().getParameter(Constants.HEARTBEAT_KEY, dubbo != null && dubbo.startsWith("1.0.") ? Constants.DEFAULT_HEARTBEAT : 0);
        this.heartbeatTimeout = client.getUrl().getParameter(Constants.HEARTBEAT_TIMEOUT_KEY, heartbeat * 3);
        if (heartbeatTimeout < heartbeat * 2) {
            throw new IllegalStateException("heartbeatTimeout < heartbeatInterval * 2");
        }
        if (needHeartbeat) {
            // 开启心跳检测定时器
            startHeartbeatTimer();
        }
    }

    @Override
    public ResponseFuture request(Object request) throws RemotingException {
        // 直接 HeaderExchangeChannel 对象的同签名方法
        return channel.request(request);
    }

    @Override
    public ResponseFuture request(Object request, int timeout) throws RemotingException {
        // 直接 HeaderExchangeChannel 对象的同签名方法
        return channel.request(request, timeout);
    }

    @Override
    public void close() {
        doClose();
        channel.close();
    }

    private void doClose() {
        // 停止心跳检测定时器
        stopHeartbeatTimer();
    }

    private void startHeartbeatTimer() {
        stopHeartbeatTimer();
        if (heartbeat > 0) {
            heartbeatTimer = scheduled.scheduleWithFixedDelay(
                    new HeartBeatTask(new HeartBeatTask.ChannelProvider() {
                        @Override
                        public Collection<Channel> getChannels() {
                            return Collections.<Channel>singletonList(HeaderExchangeClient.this);
                        }
                    }, heartbeat, heartbeatTimeout),
                    heartbeat, heartbeat, TimeUnit.MILLISECONDS);
        }
    }

    private void stopHeartbeatTimer() {
        if (heartbeatTimer != null && !heartbeatTimer.isCancelled()) {
            try {
                heartbeatTimer.cancel(true);
                scheduled.purge();
            } catch (Throwable e) {
                if (logger.isWarnEnabled()) {
                    logger.warn(e.getMessage(), e);
                }
            }
        }
        heartbeatTimer = null;
    }

    // 省略部分方法
}

HeaderExchangeClient 中很多方法只有一行代码，即调用 HeaderExchangeChannel 对象的同签名方法。那 HeaderExchangeClient 有什么用处呢？答案是封装了一些关于心跳检测的逻辑。心跳检测并非本文所关注的点，因此就不多说了，继续向下看。

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final class HeaderExchangeChannel implements ExchangeChannel {

    private final Channel channel;

    HeaderExchangeChannel(Channel channel) {
        if (channel == null) {
            throw new IllegalArgumentException("channel == null");
        }
        // 这里的 channel 指向的是 NettyClient
        this.channel = channel;
    }

    @Override
    public ResponseFuture request(Object request) throws RemotingException {
        return request(request, channel.getUrl().getPositiveParameter(Constants.TIMEOUT_KEY, Constants.DEFAULT_TIMEOUT));
    }

    @Override
    public ResponseFuture request(Object request, int timeout) throws RemotingException {
        if (closed) {
            throw new RemotingException(..., "Failed to send request ...);
        }
        // 创建 Request 对象
        Request req = new Request();
        req.setVersion(Version.getProtocolVersion());
        // 设置双向通信标志为 true
        req.setTwoWay(true);
        // 这里的 request 变量类型为 RpcInvocation
        req.setData(request);
        // 创建 DefaultFuture 对象
        DefaultFuture future = new DefaultFuture(channel, req, timeout);
        try {
            // 调用 NettyClient 的 send 方法发送请求
            channel.send(req);
        } catch (RemotingException e) {
            future.cancel();
            throw e;
        }
        // 返回 DefaultFuture 对象
        return future;
    }
}

到这里大家终于看到了 Request 语义了，上面的方法首先定义了一个 Request 对象，然后再将该对象传给 NettyClient 的 send 方法，进行后续的调用。需要说明的是，NettyClient 中并未实现 send 方法，该方法继承自父类 AbstractPeer，下面直接分析 AbstractPeer 的代码。

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public abstract class AbstractPeer implements Endpoint, ChannelHandler {

    @Override
    public void send(Object message) throws RemotingException {
        // 该方法由 AbstractClient 类实现
        send(message, url.getParameter(Constants.SENT_KEY, false));
    }

    // 省略其他方法
}

public abstract class AbstractClient extends AbstractEndpoint implements Client {

    @Override
    public void send(Object message, boolean sent) throws RemotingException {
        if (send_reconnect && !isConnected()) {
            connect();
        }

        // 获取 Channel，getChannel 是一个抽象方法，具体由子类实现
        Channel channel = getChannel();
        if (channel == null || !channel.isConnected()) {
            throw new RemotingException(this, "message can not send ...");
        }

        // 继续向下调用
        channel.send(message, sent);
    }

    protected abstract Channel getChannel();

    // 省略其他方法
}

默认情况下，Dubbo 使用 Netty 作为底层的通信框架，因此下面我们到 NettyClient 类中看一下 getChannel 方法的实现逻辑。

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public class NettyClient extends AbstractClient {

    // 这里的 Channel 全限定名称为 org.jboss.netty.channel.Channel
    private volatile Channel channel;

    @Override
    protected com.alibaba.dubbo.remoting.Channel getChannel() {
        Channel c = channel;
        if (c == null || !c.isConnected())
            return null;
        // 获取一个 NettyChannel 类型对象
        return NettyChannel.getOrAddChannel(c, getUrl(), this);
    }
}

final class NettyChannel extends AbstractChannel {

    private static final ConcurrentMap<org.jboss.netty.channel.Channel, NettyChannel> channelMap =
        new ConcurrentHashMap<org.jboss.netty.channel.Channel, NettyChannel>();

    private final org.jboss.netty.channel.Channel channel;

    /** 私有构造方法 */
    private NettyChannel(org.jboss.netty.channel.Channel channel, URL url, ChannelHandler handler) {
        super(url, handler);
        if (channel == null) {
            throw new IllegalArgumentException("netty channel == null;");
        }
        this.channel = channel;
    }

    static NettyChannel getOrAddChannel(org.jboss.netty.channel.Channel ch, URL url, ChannelHandler handler) {
        if (ch == null) {
            return null;
        }

        // 尝试从集合中获取 NettyChannel 实例
        NettyChannel ret = channelMap.get(ch);
        if (ret == null) {
            // 如果 ret = null，则创建一个新的 NettyChannel 实例
            NettyChannel nc = new NettyChannel(ch, url, handler);
            if (ch.isConnected()) {
                // 将 <Channel, NettyChannel> 键值对存入 channelMap 集合中
                ret = channelMap.putIfAbsent(ch, nc);
            }
            if (ret == null) {
                ret = nc;
            }
        }
        return ret;
    }
}

获取到 NettyChannel 实例后，即可进行后续的调用。下面看一下 NettyChannel 的 send 方法。

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public void send(Object message, boolean sent) throws RemotingException {
    super.send(message, sent);

    boolean success = true;
    int timeout = 0;
    try {
        // 发送消息(包含请求和响应消息)
        ChannelFuture future = channel.write(message);

        // sent 的值源于 <dubbo:method sent="true/false" /> 中 sent 的配置值，有两种配置值：
        //   1. true: 等待消息发出，消息发送失败将抛出异常
        //   2. false: 不等待消息发出，将消息放入 IO 队列，即刻返回
        // 默认情况下 sent = false；
        if (sent) {
            timeout = getUrl().getPositiveParameter(Constants.TIMEOUT_KEY, Constants.DEFAULT_TIMEOUT);
            // 等待消息发出，若在规定时间没能发出，success 会被置为 false
            success = future.await(timeout);
        }
        Throwable cause = future.getCause();
        if (cause != null) {
            throw cause;
        }
    } catch (Throwable e) {
        throw new RemotingException(this, "Failed to send message ...");
    }

    // 若 success 为 false，这里抛出异常
    if (!success) {
        throw new RemotingException(this, "Failed to send message ...");
    }
}

经历多次调用，到这里请求数据的发送过程就结束了，过程漫长。为了便于大家阅读代码，这里以 DemoService 为例，将 sayHello 方法的整个调用路径贴出来。

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proxy0#sayHello(String)
  —> InvokerInvocationHandler#invoke(Object, Method, Object[])
    —> MockClusterInvoker#invoke(Invocation)
      —> AbstractClusterInvoker#invoke(Invocation)
        —> FailoverClusterInvoker#doInvoke(Invocation, List<Invoker<T>>, LoadBalance)
          —> Filter#invoke(Invoker, Invocation)  // 包含多个 Filter 调用
            —> ListenerInvokerWrapper#invoke(Invocation)
              —> AbstractInvoker#invoke(Invocation)
                —> DubboInvoker#doInvoke(Invocation)
                  —> ReferenceCountExchangeClient#request(Object, int)
                    —> HeaderExchangeClient#request(Object, int)
                      —> HeaderExchangeChannel#request(Object, int)
                        —> AbstractPeer#send(Object)
                          —> AbstractClient#send(Object, boolean)
                            —> NettyChannel#send(Object, boolean)
                              —> NioClientSocketChannel#write(Object)

在 Netty 中，出站数据在发出之前还需要进行编码操作，接下来我们来分析一下请求数据的编码逻辑。

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public class ExchangeCodec extends TelnetCodec {

    // 消息头长度
    protected static final int HEADER_LENGTH = 16;
    // 魔数内容
    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];
    protected static final byte FLAG_REQUEST = (byte) 0x80;
    protected static final byte FLAG_TWOWAY = (byte) 0x40;
    protected static final byte FLAG_EVENT = (byte) 0x20;
    protected static final int SERIALIZATION_MASK = 0x1f;
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ExchangeCodec.class);

    public Short getMagicCode() {
        return MAGIC;
    }

    @Override
    public void encode(Channel channel, ChannelBuffer buffer, Object msg) throws IOException {
        if (msg instanceof Request) {
            // 对 Request 对象进行编码
            encodeRequest(channel, buffer, (Request) msg);
        } else if (msg instanceof Response) {
            // 对 Response 对象进行编码，后面分析
            encodeResponse(channel, buffer, (Response) msg);
        } else {
            super.encode(channel, buffer, msg);
        }
    }

    protected void encodeRequest(Channel channel, ChannelBuffer buffer, Request req) throws IOException {
        Serialization serialization = getSerialization(channel);

        // 创建消息头字节数组，长度为 16
        byte[] header = new byte[HEADER_LENGTH];

        // 设置魔数
        Bytes.short2bytes(MAGIC, header);

        // 设置数据包类型（Request/Response）和序列化器编号
        header[2] = (byte) (FLAG_REQUEST | serialization.getContentTypeId());

        // 设置通信方式(单向/双向)
        if (req.isTwoWay()) {
            header[2] |= FLAG_TWOWAY;
        }

        // 设置事件标识
        if (req.isEvent()) {
            header[2] |= FLAG_EVENT;
        }

        // 设置请求编号，8个字节，从第4个字节开始设置
        Bytes.long2bytes(req.getId(), header, 4);

        // 获取 buffer 当前的写位置
        int savedWriteIndex = buffer.writerIndex();
        // 更新 writerIndex，为消息头预留 16 个字节的空间
        buffer.writerIndex(savedWriteIndex + HEADER_LENGTH);
        ChannelBufferOutputStream bos = new ChannelBufferOutputStream(buffer);
        // 创建序列化器，比如 Hessian2ObjectOutput
        ObjectOutput out = serialization.serialize(channel.getUrl(), bos);
        if (req.isEvent()) {
            // 对事件数据进行序列化操作
            encodeEventData(channel, out, req.getData());
        } else {
            // 对请求数据进行序列化操作
            encodeRequestData(channel, out, req.getData(), req.getVersion());
        }
        out.flushBuffer();
        if (out instanceof Cleanable) {
            ((Cleanable) out).cleanup();
        }
        bos.flush();
        bos.close();

        // 获取写入的字节数，也就是消息体长度
        int len = bos.writtenBytes();
        checkPayload(channel, len);

        // 将消息体长度写入到消息头中
        Bytes.int2bytes(len, header, 12);

        // 将 buffer 指针移动到 savedWriteIndex，为写消息头做准备
        buffer.writerIndex(savedWriteIndex);
        // 从 savedWriteIndex 下标处写入消息头
        buffer.writeBytes(header);
        // 设置新的 writerIndex，writerIndex = 原写下标 + 消息头长度 + 消息体长度
        buffer.writerIndex(savedWriteIndex + HEADER_LENGTH + len);
    }

    // 省略其他方法
}

以上就是请求对象的编码过程，该过程首先会通过位运算将消息头写入到 header 数组中。然后对 Request 对象的 data 字段执行序列化操作，序列化后的数据最终会存储到 ChannelBuffer 中。序列化操作执行完后，可得到数据序列化后的长度 len，紧接着将 len 写入到 header 指定位置处。最后再将消息头字节数组 header 写入到 ChannelBuffer 中，整个编码过程就结束了。本节的最后，我们再来看一下 Request 对象的 data 字段序列化过程，也就是 encodeRequestData 方法的逻辑，如下：

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public class DubboCodec extends ExchangeCodec implements Codec2 {

    protected void encodeRequestData(Channel channel, ObjectOutput out, Object data, String version) throws IOException {
        RpcInvocation inv = (RpcInvocation) data;

        // 依次序列化 dubbo version、path、version
        out.writeUTF(version);
        out.writeUTF(inv.getAttachment(Constants.PATH_KEY));
        out.writeUTF(inv.getAttachment(Constants.VERSION_KEY));

        // 序列化调用方法名
        out.writeUTF(inv.getMethodName());
        // 将参数类型转换为字符串，并进行序列化
        out.writeUTF(ReflectUtils.getDesc(inv.getParameterTypes()));
        Object[] args = inv.getArguments();
        if (args != null)
            for (int i = 0; i < args.length; i++) {
                // 对运行时参数进行序列化
                out.writeObject(encodeInvocationArgument(channel, inv, i));
            }

        // 序列化 attachments
        out.writeObject(inv.getAttachments());
    }
}

至此，关于服务消费方发送请求的过程就分析完了，接下来我们来看一下服务提供方是如何接收请求的。

参考内容

[1]《深入理解Apache Dubbo与实战》
[2] dubbo 官方文档

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  • 本文作者： 贝克街的流浪猫
  • 本文链接： https://www.beikejiedeliulangmao.top/middleware/dubbo/consumer-send-request/
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