数据库路由中间件MyCat - 源代码篇（2）

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2. 前端连接建立与认证

Title:MySql连接建立以及认证过程client->MySql:1.TCP连接请求 
MySql->client:2.接受TCP连接client->MySql:3.TCP连接建立MySql->client:4.握手包HandshakePacketclient->MySql:5.认证包AuthPacketMySql->client:6.如果验证成功，则返回OkPacketclient->MySql:7.默认会发送查询版本信息的包MySql->client:8.返回结果包

2.2  (4)握手包HandshakePacket

NIOReactor其实就是一个网络事件反应转发器。 很多地方会用到NIOReactor，这里先讲FrontendConnection和NIOReactor绑定这一部分。上一节说到，NIOAcceptor的accept()最后将FrontendConnection交给了NIOReactor池其中的一个NIOReactor。调用的是 postRegister(AbstractConnection c)方法。

final void postRegister(AbstractConnection c) {
        reactorR.registerQueue.offer(c);
        reactorR.selector.wakeup();
    }

postRegister将刚才传入的FrontendConnection放入RW线程的注册队列。之后，唤醒RW线程的selector。 为什么放入RW线程的注册队列，而不是直接注册呢？如果是直接注册，那么就是NIOAcceptor这个线程负责注册，这里就会有锁竞争，因为NIOAcceptor这个线程和每个RW线程会去竞争selector的锁。这样NIOAcceptor就不能高效的处理连接。所以，更好的方式是将FrontendConnection放入RW线程的注册队列，之后让RW线程自己完成注册工作。 RW线程的源代码：

private final class RW implements Runnable {        private final Selector selector;        private final ConcurrentLinkedQueue<AbstractConnection> registerQueue;        private long reactCount;        private RW() throws IOException {            this.selector = Selector.open();            this.registerQueue = new ConcurrentLinkedQueue<AbstractConnection>();
        }        @Override
        public void run() {            final Selector selector = this.selector;
            Set<SelectionKey> keys = null;            for (;;) {
                ++reactCount;                try {
                    selector.select(500L);                    //从注册队列中取出AbstractConnection之后注册读事件
                    //之后做一些列操作，请参考下面注释
                    register(selector);
                    keys = selector.selectedKeys();                    for (SelectionKey key : keys) {
                        AbstractConnection con = null;                        try {
                            Object att = key.attachment();                            if (att != null) {
                                con = (AbstractConnection) att;                                if (key.isValid() && key.isReadable()) {                                    try {                                        //异步读取数据并处理数据
                                        con.asynRead();
                                    } catch (IOException e) {
                                        con.close("program err:" + e.toString());                                        continue;
                                    } catch (Exception e) {
                                        LOGGER.debug("caught err:", e);
                                        con.close("program err:" + e.toString());                                        continue;
                                    }
                                }                                if (key.isValid() && key.isWritable()) {                                    //异步写数据
                                    con.doNextWriteCheck();
                                }
                            } else {
                                key.cancel();
                            }
                        } catch (CancelledKeyException e) {                            if (LOGGER.isDebugEnabled()) {
                                LOGGER.debug(con + " socket key canceled");
                            }
                        } catch (Exception e) {
                            LOGGER.warn(con + " " + e);
                        }
                    }
                } catch (Exception e) {
                    LOGGER.warn(name, e);
                } finally {                    if (keys != null) {
                        keys.clear();
                    }

                }
            }
        }        private void register(Selector selector) {
            AbstractConnection c = null;            if (registerQueue.isEmpty()) {                return;
            }            while ((c = registerQueue.poll()) != null) {                try {                    //注册读事件
                    ((NIOSocketWR) c.getSocketWR()).register(selector);                    //连接注册，对于FrontendConnection是发送HandshakePacket并异步读取响应
                    //响应为AuthPacket，读取其中的信息，验证用户名密码等信息，如果符合条件
                    //则发送OkPacket
                    c.register();
                } catch (Exception e) {
                    c.close("register err" + e.toString());
                }
            }
        }

    }

因为NIOAcceptor线程和RW线程这两个都会操作RW线程的注册队列，所以要用ConcurrentLinkedQueue RW线程不断检查selector中需要响应的事件，并如果注册队列不为空，就不断注册其中的AbstractConnection，在这里就是FrontendConnection。 之后执行FrontendConnection的register()方法：

@Override
    public void register() throws IOException {        if (!isClosed.get()) {            // 生成认证数据
            byte[] rand1 = RandomUtil.randomBytes(8);            byte[] rand2 = RandomUtil.randomBytes(12);            // 保存认证数据
            byte[] seed = new byte[rand1.length + rand2.length];
            System.arraycopy(rand1, 0, seed, 0, rand1.length);
            System.arraycopy(rand2, 0, seed, rand1.length, rand2.length);            this.seed = seed;            // 发送握手数据包
            HandshakePacket hs = new HandshakePacket();
            hs.packetId = 0;
            hs.protocolVersion = Versions.PROTOCOL_VERSION;
            hs.serverVersion = Versions.SERVER_VERSION;
            hs.threadId = id;
            hs.seed = rand1;
            hs.serverCapabilities = getServerCapabilities();
            hs.serverCharsetIndex = (byte) (charsetIndex & 0xff);
            hs.serverStatus = 2;
            hs.restOfScrambleBuff = rand2;            // 异步写，本节就讲到这里
            hs.write(this);            // 异步读取并处理，这个与RW线程中的asynRead()相同，之后客户端收到握手包返回AuthPacket（就是下一节）就是从这里开始看。
            this.asynRead();
        }
    }

这个方法就是生成HandshakePacket并发送出去，之后异步读取响应。 之前的示例中MySql的HandshakePacket结构： 可以总结出： HandshakePacket：

• packet length(3 bytes)

• packet number (1)

• protocol version (1)

• version (null terminated string)

• thread id (4)

• salt (8)

• server capabilities (2)

• server charset (1)

• server status (2)

• unused (13)

• salt (12)

• 0x00 --- 结束

  这里我们看下MyCat中的实现这一部分MySql协议栈的packet类结构：  这里可以看出，每个包都实现了自己的包长度和信息方法，并且针对前段后端连接都有读写方法实现，所以，之后读写数据都会根据场景不同调用这些类中的方法。这些包就是整个MySql协议栈除逻辑外的内容实现。 HandshakePacket.write(FrontendConnection c)方法将上面传入的数据封装成ByteBuffer，并传入给FrontendConnection  c的write（ByteBuffer buffer），这个方法直接继承自AbstractConnection：

public final void write(ByteBuffer buffer) {        //首先判断是否为压缩协议
        if(isSupportCompress())
        {            //CompressUtil为压缩协议辅助工具类
            ByteBuffer     newBuffer= CompressUtil.compressMysqlPacket(buffer,this,compressUnfinishedDataQueue);            //将要写的数据先放入写缓存队列
            writeQueue.offer(newBuffer);

        }   else
        {            //将要写的数据先放入写缓存队列
            writeQueue.offer(buffer);
        }        try {            //处理写事件，这个方法比较复杂，需要重点分析其思路
            this.socketWR.doNextWriteCheck();
        } catch (Exception e) {
            LOGGER.warn("write err:", e);            this.close("write err:" + e);

        }

    }

如代码注释中所述，先将要写的数据放入写缓冲队列，之后调用NIOSocketWR.doNextWriteCheck()处理写事件。

public void doNextWriteCheck() {        //检查是否正在写,看CAS更新writing值是否成功
        if (!writing.compareAndSet(false, true)) {            return;
        }        try {            //利用缓存队列和写缓冲记录保证写的可靠性，返回true则为全部写入成功
            boolean noMoreData = write0();            //因为只有一个线程可以成功CAS更新writing值，所以这里不用再CAS
            writing.set(false);            //如果全部写入成功而且写入队列为空（有可能在写入过程中又有新的Bytebuffer加入到队列），则取消注册写事件
            //否则，继续注册写事件
            if (noMoreData && con.writeQueue.isEmpty()) {                if ((processKey.isValid() && (processKey.interestOps() & SelectionKey.OP_WRITE) != 0)) {
                    disableWrite();
                }

            } else {                if ((processKey.isValid() && (processKey.interestOps() & SelectionKey.OP_WRITE) == 0)) {
                    enableWrite(false);
                }
            }

        } catch (IOException e) {            if (AbstractConnection.LOGGER.isDebugEnabled()) {
                AbstractConnection.LOGGER.debug("caught err:", e);
            }
            con.close("err:" + e);
        }

    }    private boolean write0() throws IOException {        int written = 0;
        ByteBuffer buffer = con.writeBuffer;        if (buffer != null) {            //只要写缓冲记录中还有数据就不停写入，但如果写入字节为0，证明网络繁忙，则退出
            while (buffer.hasRemaining()) {
                written = channel.write(buffer);                if (written > 0) {
                    con.netOutBytes += written;
                    con.processor.addNetOutBytes(written);
                    con.lastWriteTime = TimeUtil.currentTimeMillis();
                } else {                    break;
                }
            }            //如果写缓冲中还有数据证明网络繁忙，计数并退出，否则清空缓冲
            if (buffer.hasRemaining()) {
                con.writeAttempts++;                return false;
            } else {
                con.writeBuffer = null;
                con.recycle(buffer);
            }
        }        //读取缓存队列并写channel
        while ((buffer = con.writeQueue.poll()) != null) {            if (buffer.limit() == 0) {
                con.recycle(buffer);
                con.close("quit send");                return true;
            }
            buffer.flip();            while (buffer.hasRemaining()) {
                written = channel.write(buffer);                if (written > 0) {
                    con.lastWriteTime = TimeUtil.currentTimeMillis();
                    con.netOutBytes += written;
                    con.processor.addNetOutBytes(written);
                    con.lastWriteTime = TimeUtil.currentTimeMillis();
                } else {                    break;
                }
            }            //如果写缓冲中还有数据证明网络繁忙，计数，记录下这次未写完的数据到写缓冲记录并退出，否则回收缓冲
            if (buffer.hasRemaining()) {
                con.writeBuffer = buffer;
                con.writeAttempts++;                return false;
            } else {
                con.recycle(buffer);
            }
        }        return true;
    }    private void disableWrite() {        try {
            SelectionKey key = this.processKey;
            key.interestOps(key.interestOps() & OP_NOT_WRITE);
        } catch (Exception e) {
            AbstractConnection.LOGGER.warn("can't disable write " + e + " con "
                    + con);
        }

    }    private void enableWrite(boolean wakeup) {        boolean needWakeup = false;        try {
            SelectionKey key = this.processKey;
            key.interestOps(key.interestOps() | SelectionKey.OP_WRITE);
            needWakeup = true;
        } catch (Exception e) {
            AbstractConnection.LOGGER.warn("can't enable write " + e);

        }        if (needWakeup && wakeup) {
            processKey.selector().wakeup();
        }
    }

注释已经很详细，如此执行完，便成功将握手包发送给了客户端。 在这里稍微吐槽下，由于MyCat在网络通信上同时做了AIO和NIO，但是在设计上AbstractionConnection和这些并没有关系。但是又涉及到缓存队列，所以设计上出现了一些如下的类模式：  这样应该是不推荐这么设计的，目前我还没想好如何去改善

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