Nacos源码系列—订阅机制的前因后果(下)
作者：互联网
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事件发布
在上一节中我们讲解了在NotifyCenter中维护了事件名称和事件发布者的关系，而默认的事件发布者为DefaultPublisher，今天我们就来讲一下DefaultPublisher的事件发布的具体逻辑
首先我们来看一下DefaultPublisher的源码：
public class DefaultPublisher extends Thread implements EventPublisher {
@Override
public void init(Class<? extends Event> type, int bufferSize) {
//守护线程
setDaemon(true);
//设置线程名
setName("nacos.publisher-" + type.getName());
this.eventType = type;
this.queueMaxSize = bufferSize;
//阻塞队列初始化
this.queue = new ArrayBlockingQueue<>(bufferSize);
//启动线程
start();
}
@Override
public synchronized void start() {
if (!initialized) {
// start just called once
//启动run方法
super.start();
if (queueMaxSize == -1) {
queueMaxSize = ringBufferSize;
}
initialized = true;
}
}
}
我们可以看到这个类继承自Thread，说明他是一个线程类，同时实现了EventPublisher说明他也是一个发布者，在init()中，是以守护线程的方式运作的，同时初始化了一个阻塞队列，最后调用start()启动线程。
在start()里面，其实就是启动run()：
@Override
public void run() {
openEventHandler();
}
void openEventHandler() {
try {
// This variable is defined to resolve the problem which message overstock in the queue.
int waitTimes = 60;
// To ensure that messages are not lost, enable EventHandler when
// waiting for the first Subscriber to register
//死循环遍历，线程启动设置最大延迟60秒，用来解决消息积压问题
for (; ; ) {
if (shutdown || hasSubscriber() || waitTimes <= 0) {
break;
}
ThreadUtils.sleep(1000L);
waitTimes--;
}
//死循环从队列中取出event对象，同时通知订阅者(subscriber)执行event对象
for (; ; ) {
if (shutdown) {
break;
}
final Event event = queue.take();
receiveEvent(event);
UPDATER.compareAndSet(this, lastEventSequence, Math.max(lastEventSequence, event.sequence()));
}
} catch (Throwable ex) {
LOGGER.error("Event listener exception : ", ex);
}
}
在上述代码中我们可以看到for (; ; )这个循环出现了两次，这个就是循环遍历(死循环)，第一个死循环我们可以理解成延时效果，里面最大延时60秒，每隔一秒运行一次，判断（当前线程是否关闭、是否有订阅者、是否超过60秒）只要满足其中任意一个条件，跳出循环
第二个死循环，是我们业务逻辑处理，用来消费，从队列中取出event事件，然后通过receiveEvent()执行。
那么我们可以从队列中取出事件，那么这个事件又在哪一步注入进去的呢，我们还是在当前类里面，找到一个叫publish()的方法
@Override
public boolean publish(Event event) {
checkIsStart();
//向队列中插入元素
boolean success = this.queue.offer(event);
//判断是否插入成功
if (!success) {
LOGGER.warn("Unable to plug in due to interruption, synchronize sending time, event : {}", event);
//失败直接执行
receiveEvent(event);
return true;
}
return true;
}
这个方法其实就是发布事件调用了publish往阻塞队列中存入事件，如果失败那么立即执行receiveEvent()，不在继续走队列方法
void receiveEvent(Event event) {
final long currentEventSequence = event.sequence();
if (!hasSubscriber()) {
LOGGER.warn("[NotifyCenter] the {} is lost, because there is no subscriber.", event);
return;
}
// Notification single event listener
//循环遍历subscribers对象
for (Subscriber subscriber : subscribers) {
// Whether to ignore expiration events
if (subscriber.ignoreExpireEvent() && lastEventSequence > currentEventSequence) {
LOGGER.debug("[NotifyCenter] the {} is unacceptable to this subscriber, because had expire",
event.getClass());
continue;
}
// Because unifying smartSubscriber and subscriber, so here need to think of compatibility.
// Remove original judge part of codes.
//通知订阅者执行event
notifySubscriber(subscriber, event);
}
}
而在receiveEvent()方法中，这里其实就是遍历的subscribers集合（订阅者），然后通过notifySubscriber() 通知订阅者方法，而这个subscribers集合就是在我们之前讲到的NacosNamingService.init()方法中设置的。
public class NacosNamingService implements NamingService {
private void init(Properties properties) throws NacosException {
//将Subscribe注册到Publisher
NotifyCenter.registerSubscriber(changeNotifier);
}
}
而 NotifyCenter.registerSubscriber(changeNotifier);会调用NotifyCenter.addSubscriber()方法，进行最终的操作。
private static void addSubscriber(final Subscriber consumer, Class<? extends Event> subscribeType,
EventPublisherFactory factory) {
final String topic = ClassUtils.getCanonicalName(subscribeType);
synchronized (NotifyCenter.class) {
// MapUtils.computeIfAbsent is a unsafe method.
MapUtil.computeIfAbsent(INSTANCE.publisherMap, topic, factory, subscribeType, ringBufferSize);
}
//获取对应的publisher
EventPublisher publisher = INSTANCE.publisherMap.get(topic);
if (publisher instanceof ShardedEventPublisher) {
((ShardedEventPublisher) publisher).addSubscriber(consumer, subscribeType);
} else {
//添加到subscribers集合
publisher.addSubscriber(consumer);
}
}
addSubscriber()方法的逻辑就是讲订阅事件、发布中、订阅者三个关系进行绑定，而发布者和事件通过Map进行维护，发布者与订阅者通过关联关系进行维护。
我们回到刚刚DefaulePublisher.notifySubscriber()方法，这里是最后执行订阅者事件的方法
@Override
public void notifySubscriber(final Subscriber subscriber, final Event event) {
LOGGER.debug("[NotifyCenter] the {} will received by {}", event, subscriber);
//执行订阅者事件
final Runnable job = () -> subscriber.onEvent(event);
//执行者
final Executor executor = subscriber.executor();
if (executor != null) {
executor.execute(job);
} else {
try {
job.run();
} catch (Throwable e) {
LOGGER.error("Event callback exception: ", e);
}
}
}
到这里，订阅机制就讲完了，可能会有点绕，最好是我们能够去跟着代码走一遍，这样会比较理解和记忆，在这里我们重点需要理解NotifyCenter对事件发布者、订阅者以及之间关系的维护，关系维护的入口就在NacosNamingService.init()中，我们来看一下他的核心逻辑
首先ServiceInfoHolder中通过NotifyCenter发布InstancesChangeEvent事件.
NotifyCenter获取对应的CanonicalName，并将这个参数作为key，从NotifyCenter.publisherMap中获取对应的事件发布者，然后将InstancesChangeEvent事件进行发布.
InstancesChangeEvent事件发布主要是通过EventPublisher的实现类，DefaultPublisher进行InstancesChangeEvent事件发布，而DefaultPublisher本身作为守护线程的方式进行运作，在执行业务逻辑时判断是否线程启动，如果启动，将事件添加到队列中，如果成功，则发布过程完成，如果添加失败，立即执行DefaultPublisher.receiveEvent，接收事件通知订阅者，创建一个Runnable对象，执行订阅者的Event事件。
在添加到队列成功的时候，DefaultPublisher会创建一个阻塞队列(BlockingQueue)，标记线程启动，当他执行 super.start()，会调用它的run方法，在这个run方法里面核心的业务逻辑就是openEventHandler()，里面会有两个死循环，第一个是在线程启动的60秒内执行条件，第二个是从阻塞队列中获取Event事件，调用DefaultPublisher.receiveEvent()通知订阅者，流程结束
本地缓存
我们在之前的系列中，客户端会缓存一些信息在本地中，来获取ServiceInfo的信息，但是在执行本地缓存的时候，难免会有一些故障，有故障就需要进行处理，在这里主要涉及到两个类ServiceInfoHolder和FailoverReactor
Nacos缓存主要是分为两个方面，一个从注册中心获取实例信息缓存到内存中，通过ConcurrentMap进行存储，一个是通过磁盘文件的形式定时缓存。
同时故障处理也分为两个部分，一个是故障处理的开关通过文件进行标记，一个是当起来故障处理后，可以从故障备份的文件中获取服务实例信息。
介绍完上面几点，我们先来详细讲解第一个核心类ServiceInfoHolder
ServiceInfoHolder
ServiceInfoHolder类，主要是用来处理服务信息的，每次客户端从服务端拉取服务信息时，都用经过这个类，而processServiceInfo用来处理本地信息（缓存、发布、更新、本地目录初始化）等
ServiceInfo: 注册服务的信息，主要包含（服务名、分组名、集群信息、实例列表、最后一次更新时间），客户端获取的信息，都是通过ServiceInfo作为承载体，ServiceInfoHolder.ServiceInfo，通过ConcurrentMap进行存储，如下所示：
public class ServiceInfoHolder implements Closeable {
private final ConcurrentMap<String, ServiceInfo> serviceInfoMap;
public ServiceInfoHolder(String namespace, Properties properties) {
initCacheDir(namespace, properties);
//启动是判断是否从缓存信息中获取，默认为false
if (isLoadCacheAtStart(properties)) {
//从缓存目录中读取信息
this.serviceInfoMap = new ConcurrentHashMap<>(DiskCache.read(this.cacheDir));
} else {
//创建空集合对象
this.serviceInfoMap = new ConcurrentHashMap<>(16);
}
this.failoverReactor = new FailoverReactor(this, cacheDir);
this.pushEmptyProtection = isPushEmptyProtect(properties);
}
public ServiceInfo processServiceInfo(ServiceInfo serviceInfo) {
//判断服务key是否为空
String serviceKey = serviceInfo.getKey();
if (serviceKey == null) {
return null;
}
ServiceInfo oldService = serviceInfoMap.get(serviceInfo.getKey());
if (isEmptyOrErrorPush(serviceInfo)) {
//empty or error push, just ignore
return oldService;
}
//将缓存信息放置到map中
serviceInfoMap.put(serviceInfo.getKey(), serviceInfo);
//判断实例信息是否发生改变
boolean changed = isChangedServiceInfo(oldService, serviceInfo);
if (StringUtils.isBlank(serviceInfo.getJsonFromServer())) {
serviceInfo.setJsonFromServer(JacksonUtils.toJson(serviceInfo));
}
//监控服务缓存map的大小
MetricsMonitor.getServiceInfoMapSizeMonitor().set(serviceInfoMap.size());
if (changed) {
NAMING_LOGGER.info("current ips:({}) service: {} -> {}", serviceInfo.ipCount(), serviceInfo.getKey(),
JacksonUtils.toJson(serviceInfo.getHosts()));
//添加实例变更事件，被订阅者执行
NotifyCenter.publishEvent(new InstancesChangeEvent(serviceInfo.getName(), serviceInfo.getGroupName(),
serviceInfo.getClusters(), serviceInfo.getHosts()));
//写入本地文件
DiskCache.write(serviceInfo, cacheDir);
}
return serviceInfo;
}
}
这里就是Nacos获取注册信息的缓存，之前我们有讲过，当服务信息变更的时候会第一时间更新ServiceInfoMap中的信息，通过isChangedServiceInfo进行判断，当发生变动时，serviceInfoMap.put最新数据，当我们需要使用的时候，通过key进行get操作，ServiceInfoMap默认创建空的对象，但如果配置启动从缓存文件中获取，则会从缓存中获取信息。而且当我们服务实例发生变更的时候，会通过DiskCache.write()向对应的目录文件中写入ServiceInfo信息
本地缓存地址
本地缓存的地址通过cacheDir进行执行本地缓存和故障处理的根目录，在ServiceInfoHolder构造方法中，会默认生成缓存目录，默认路径为${user}/nacos/naming/public，我们也可以需要通过System.setProperty("JM.SNAPSHOT.PATH")指定。
public class ServiceInfoHolder implements Closeable {
private String cacheDir;
public ServiceInfoHolder(String namespace, Properties properties) {
//初始化生成缓存目录
initCacheDir(namespace, properties);
......
}
private void initCacheDir(String namespace, Properties properties) {
String jmSnapshotPath = System.getProperty(JM_SNAPSHOT_PATH_PROPERTY);
String namingCacheRegistryDir = "";
if (properties.getProperty(PropertyKeyConst.NAMING_CACHE_REGISTRY_DIR) != null) {
namingCacheRegistryDir = File.separator + properties.getProperty(PropertyKeyConst.NAMING_CACHE_REGISTRY_DIR);
}
if (!StringUtils.isBlank(jmSnapshotPath)) {
cacheDir = jmSnapshotPath + File.separator + FILE_PATH_NACOS + namingCacheRegistryDir
+ File.separator + FILE_PATH_NAMING + File.separator + namespace;
} else {
cacheDir = System.getProperty(USER_HOME_PROPERTY) + File.separator + FILE_PATH_NACOS + namingCacheRegistryDir
+ File.separator + FILE_PATH_NAMING + File.separator + namespace;
}
}
}
故障处理
在ServiceInfoHolder构造方法中，还会初始化一个FailoverReactor的类，这个类主要是用来故障处理。
public class ServiceInfoHolder implements Closeable {
private final FailoverReactor failoverReactor;
public ServiceInfoHolder(String namespace, Properties properties) {
....
//为两者相互持有对方的引用
this.failoverReactor = new FailoverReactor(this, cacheDir);
.....
}
public FailoverReactor(ServiceInfoHolder serviceInfoHolder, String cacheDir) {
//获取serviceInfoHolder引用对象
this.serviceInfoHolder = serviceInfoHolder;
//故障目录${user}/nacos/naming/public/failover
this.failoverDir = cacheDir + FAILOVER_DIR;
//初始化executorService
this.executorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(1, new ThreadFactory() {
@Override
public Thread newThread(Runnable r) {
Thread thread = new Thread(r);
//开启守护线程
thread.setDaemon(true);
thread.setName("com.alibaba.nacos.naming.failover");
return thread;
}
});
//其他信息初始化
this.init();
}
public void init() {
//执行初始化操作，间隔5秒，执行SwitchRefresher()任务
executorService.scheduleWithFixedDelay(new SwitchRefresher(), 0L, 5000L, TimeUnit.MILLISECONDS);
//初始化操作，延迟30分钟执行，间隔24小时，执行DiskFileWriter()任务
executorService.scheduleWithFixedDelay(new DiskFileWriter(), 30, DAY_PERIOD_MINUTES, TimeUnit.MINUTES);
//初始化操作，间隔10秒，核心方法为DiskFileWriter
executorService.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
File cacheDir = new File(failoverDir);
if (!cacheDir.exists() && !cacheDir.mkdirs()) {
throw new IllegalStateException("failed to create cache dir: " + failoverDir);
}
File[] files = cacheDir.listFiles();
//如果故障目录为空，启动立即执行，备份文件
if (files == null || files.length <= 0) {
new DiskFileWriter().run();
}
} catch (Throwable e) {
NAMING_LOGGER.error("[NA] failed to backup file on startup.", e);
}
}
}, 10000L, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
}
在init()代码中，开启了三个定时任务，三个任务都是FailoverReactor内部类，
- 执行初始化操作，间隔5秒，执行SwitchRefresher()任务
- 初始化操作，延迟30分钟执行，间隔24小时，执行DiskFileWriter()任务
- 初始化操作，间隔10秒，核心方法为DiskFileWriter
我们这里先来看一下核心方法DiskFileWriter,这里主要是获取服务信息，判断是否能够写入磁盘，条件满足，写入拼接的故障目录中，因为第一个和第二个初始化操作，都会用到DiskFileWriter，当我们第三个定时判断如果文件不存在，则会将文件写入本地磁盘中
class DiskFileWriter extends TimerTask {
@Override
public void run() {
Map<String, ServiceInfo> map = serviceInfoHolder.getServiceInfoMap();
for (Map.Entry<String, ServiceInfo> entry : map.entrySet()) {
ServiceInfo serviceInfo = entry.getValue();
//主要是判断服务信息是否完整
if (StringUtils.equals(serviceInfo.getKey(), UtilAndComs.ALL_IPS) || StringUtils
.equals(serviceInfo.getName(), UtilAndComs.ENV_LIST_KEY) || StringUtils
.equals(serviceInfo.getName(), UtilAndComs.ENV_CONFIGS) || StringUtils
.equals(serviceInfo.getName(), UtilAndComs.VIP_CLIENT_FILE) || StringUtils
.equals(serviceInfo.getName(), UtilAndComs.ALL_HOSTS)) {
continue;
}
//将文件写入磁盘中
DiskCache.write(serviceInfo, failoverDir);
}
}
}
接下来我们再看一下，第一个定时任务SwitchRefresher的业务逻辑，
class SwitchRefresher implements Runnable {
long lastModifiedMillis = 0L;
@Override
public void run() {
try {
File switchFile = new File(failoverDir + UtilAndComs.FAILOVER_SWITCH);
//如果文件不存在返回
if (!switchFile.exists()) {
switchParams.put(FAILOVER_MODE_PARAM, Boolean.FALSE.toString());
NAMING_LOGGER.debug("failover switch is not found, {}", switchFile.getName());
return;
}
long modified = switchFile.lastModified();
//判断文件修改时间
if (lastModifiedMillis < modified) {
lastModifiedMillis = modified;
//获取故障处理文件内容
String failover = ConcurrentDiskUtil.getFileContent(failoverDir + UtilAndComs.FAILOVER_SWITCH,
Charset.defaultCharset().toString());
if (!StringUtils.isEmpty(failover)) {
String[] lines = failover.split(DiskCache.getLineSeparator());
for (String line : lines) {
String line1 = line.trim();
//"1" 开启故障处理
if (IS_FAILOVER_MODE.equals(line1)) {
switchParams.put(FAILOVER_MODE_PARAM, Boolean.TRUE.toString());
NAMING_LOGGER.info("failover-mode is on");
new FailoverFileReader().run();
//"0" 关闭故障处理
} else if (NO_FAILOVER_MODE.equals(line1)) {
switchParams.put(FAILOVER_MODE_PARAM, Boolean.FALSE.toString());
NAMING_LOGGER.info("failover-mode is off");
}
}
} else {
switchParams.put(FAILOVER_MODE_PARAM, Boolean.FALSE.toString());
}
}
} catch (Throwable e) {
NAMING_LOGGER.error("[NA] failed to read failover switch.", e);
}
}
}
这里面主要是判断故障处理文件是否存在，不存在直接返回，再去比较文件的修改时间，如果已经修改，则获取文件中的内容，继续进行判断，当我们开启故障处理时，执行线程FailoverFileReader().run()
class FailoverFileReader implements Runnable {
@Override
public void run() {
Map<String, ServiceInfo> domMap = new HashMap<String, ServiceInfo>(16);
BufferedReader reader = null;
try {
//读取failoverDir目录下的文件
File cacheDir = new File(failoverDir);
//不存在返回错误
if (!cacheDir.exists() && !cacheDir.mkdirs()) {
throw new IllegalStateException("failed to create cache dir: " + failoverDir);
}
//获取文件
File[] files = cacheDir.listFiles();
//文件不存在返回
if (files == null) {
return;
}
//遍历处理
for (File file : files) {
//文件不存在跳过
if (!file.isFile()) {
continue;
}
//如果是故障处理标志文件，跳过这一步
if (file.getName().equals(UtilAndComs.FAILOVER_SWITCH)) {
continue;
}
ServiceInfo dom = new ServiceInfo(file.getName());
//读取备份中的内容，转换为ServiceInfo对象
try {
String dataString = ConcurrentDiskUtil
.getFileContent(file, Charset.defaultCharset().toString());
reader = new BufferedReader(new StringReader(dataString));
String json;
if ((json = reader.readLine()) != null) {
try {
dom = JacksonUtils.toObj(json, ServiceInfo.class);
} catch (Exception e) {
NAMING_LOGGER.error("[NA] error while parsing cached dom : {}", json, e);
}
}
} catch (Exception e) {
NAMING_LOGGER.error("[NA] failed to read cache for dom: {}", file.getName(), e);
} finally {
try {
if (reader != null) {
reader.close();
}
} catch (Exception e) {
//ignore
}
}
if (!CollectionUtils.isEmpty(dom.getHosts())) {
//将ServiceInfo对象放入domMap中
domMap.put(dom.getKey(), dom);
}
}
} catch (Exception e) {
NAMING_LOGGER.error("[NA] failed to read cache file", e);
}
//如果不为空，赋值serviceMap
if (domMap.size() > 0) {
serviceMap = domMap;
}
}
}
FailoverFileReader主要是操作读取failover目录存储的备份服务信息文件内容，然后装换成ServiceInfo信息，并将所有的ServiceInfo储存在FailoverReactor的ServiceMap属性中。
总结
到这里我们Nacos订阅机制核心流程就讲完了，整体订阅机制的流程还是比较复杂的，因为还涉及到之前将的逻辑，会有点绕，并且用到了保证线程Map、守护线程、阻塞队列、线程的使用等等，我们需要重点掌握的主要是事件发布者、订阅者之间的关系，这里还是推荐大家有机会的话可以自己跟着源码走一遍，会有更深的体验。
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我是牧小农，怕什么真理无穷，进一步有进一步的欢喜，大家加油！
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