elasticsearch节点间通信的基础transport

在前一篇中我们分析了cluster的一些元素。接下来的章节会对cluster的运作机制做详细分析。本节先分析一些transport，它是cluster间通信的基础。它有两种实现，一种是基于netty实现nettytransport，主要用于节点间的通信。另一种是localtransport，主要是用于同一个jvm上的节点通信。因为是同一个jvm上的网络模拟，localtransport实现上非常简单，实际用处也非常有限，这里就不过多说明。这一篇的重点是nettytransport。

transport顾名思义是集群通信的基本通道，无论是集群状态信息，还是搜索索引请求信息，都是通过transport传送。elasticsearch定义了tansport，tansportmessage，tansportchannel，tansportrequest，tansportresponse等所需的所有的基础接口。这里将以transport为主，分析过程中会附带介绍其它接口。首先看一下transport节点的定义，如下图所示：

NettyTransport实现了该接口。分析NettyTransport前简单说一下Netty的用法，Netty的使用需要三个模块ServerBootStrap，ClientBootStrap（v3.x）及MessageHandler。ServerBootStrap启动服务器，ClientBootStrap启动客户端并连接服务器，MessageHandler是message处理逻辑所在，也就是业务逻辑。其它详细使用请参考Netty官方文档。NettyTransport每个在doStart（）方法中启动serverBootStrap，和ClientBootStrap，并绑定ip，代码如下所示：

protected void doStart() throws ElasticsearchException {
       clientBootstrap = createClientBootstrap();//根据配置启动客户端
       ……//省略了无关分代码
　　　　createServerBootstrap(name, mergedSettings);//启动server端
       bindServerBootstrap(name, mergedSettings);//绑定ip
        }

每一个节点都需要发送和接收，因此两者都需要启动，client和server的启动分别在相应的方法中，启动过程就是netty的启动过程，有兴趣可以去看相应方法。bindServerBootstrap(name, mergedSettings)将本地ip和断开绑定到netty同时设定好export host（export host的具体作业我也看明白也没有看到相关的绑定，需要进一步研究）。启动client及server的过程中将messagehandler注入到channelpipeline中。至此启动过程完成，但是client并未连接任何server，连接过程是在节点启动后，才连接到其它节点的。

首先看一下如何连接到node，方法代码如下所示：

public void connectToNode(DiscoveryNode node, boolean light) {
　　　　　//transport的模块必须要启动
        if (!lifecycle.started()) {
            throw new ElasticsearchIllegalStateException("can't add nodes to a stopped transport");
        }
　　　　　//获取读锁，每个节点可以和多个节点建立连接，因此这里用读锁
        globalLock.readLock().lock();
        try {
　　　　　　　　//以node.id为基础获取一个锁，这保证对于每个node只能建立一次连接
            connectionLock.acquire(node.id());
            try {
                if (!lifecycle.started()) {
                    throw new ElasticsearchIllegalStateException("can't add nodes to a stopped transport");
                }
                NodeChannels nodeChannels = connectedNodes.get(node);
                if (nodeChannels != null) {
                    return;
                }
                try {
                    if (light) {//这里的light，就是对该节点只获取一个channel，所有类型（5种连接类型下面会说到）都使用者一个channel
                        nodeChannels = connectToChannelsLight(node);
                    } else {
                        nodeChannels = new NodeChannels(new Channel[connectionsPerNodeRecovery], new Channel[connectionsPerNodeBulk], new Channel[connectionsPerNodeReg], new Channel[connectionsPerNodeState], new Channel[connectionsPerNodePing]);
                        try {
                            connectToChannels(nodeChannels, node);
                        } catch (Throwable e) {
                            logger.trace("failed to connect to [{}], cleaning dangling connections", e, node);
                            nodeChannels.close();
                            throw e;
                        }
                    }
                    // we acquire a connection lock, so no way there is an existing connection
                    connectedNodes.put(node, nodeChannels);
                    if (logger.isDebugEnabled()) {
                        logger.debug("connected to node [{}]", node);
                    }
                    transportServiceAdapter.raiseNodeConnected(node);
                } catch (ConnectTransportException e) {
                    throw e;
                } catch (Exception e) {
                    throw new ConnectTransportException(node, "general node connection failure", e);
                }
            } finally {
                connectionLock.release(node.id());
            }
        } finally {
            globalLock.readLock().unlock();
        }
    }

如果不是轻连接，每个server和clien之间都有5中连接，着5中连接承担着不同的任务。连接方法的代码如下所示：

 protected void connectToChannels(NodeChannels nodeChannels, DiscoveryNode node) {
　　　　//五种连接方式，不同的连接方式对应不同的集群操作
        ChannelFuture[] connectRecovery = new ChannelFuture[nodeChannels.recovery.length];
        ChannelFuture[] connectBulk = new ChannelFuture[nodeChannels.bulk.length];
        ChannelFuture[] connectReg = new ChannelFuture[nodeChannels.reg.length];
        ChannelFuture[] connectState = new ChannelFuture[nodeChannels.state.length];
        ChannelFuture[] connectPing = new ChannelFuture[nodeChannels.ping.length];
        InetSocketAddress address = ((InetSocketTransportAddress) node.address()).address();
　　　　//尝试建立连接
        for (int i = 0; i < connectRecovery.length; i++) {
            connectRecovery[i] = clientBootstrap.connect(address);
        }
        for (int i = 0; i < connectBulk.length; i++) {
            connectBulk[i] = clientBootstrap.connect(address);
        }
        for (int i = 0; i < connectReg.length; i++) {
            connectReg[i] = clientBootstrap.connect(address);
        }
        for (int i = 0; i < connectState.length; i++) {
            connectState[i] = clientBootstrap.connect(address);
        }
        for (int i = 0; i < connectPing.length; i++) {
            connectPing[i] = clientBootstrap.connect(address);
        }
　　　　//获取每个连接的channel存入到相应的channels中便于后面使用。
        try {
            for (int i = 0; i < connectRecovery.length; i++) {
                connectRecovery[i].awaitUninterruptibly((long) (connectTimeout.millis() * 1.5));
                if (!connectRecovery[i].isSuccess()) {
                    throw new ConnectTransportException(node, "connect_timeout[" + connectTimeout + "]", connectRecovery[i].getCause());
                }
                nodeChannels.recovery[i] = connectRecovery[i].getChannel();
                nodeChannels.recovery[i].getCloseFuture().addListener(new ChannelCloseListener(node));
            }

            for (int i = 0; i < connectBulk.length; i++) {
                connectBulk[i].awaitUninterruptibly((long) (connectTimeout.millis() * 1.5));
                if (!connectBulk[i].isSuccess()) {
                    throw new ConnectTransportException(node, "connect_timeout[" + connectTimeout + "]", connectBulk[i].getCause());
                }
                nodeChannels.bulk[i] = connectBulk[i].getChannel();
                nodeChannels.bulk[i].getCloseFuture().addListener(new ChannelCloseListener(node));
            }

            for (int i = 0; i < connectReg.length; i++) {
                connectReg[i].awaitUninterruptibly((long) (connectTimeout.millis() * 1.5));
                if (!connectReg[i].isSuccess()) {
                    throw new ConnectTransportException(node, "connect_timeout[" + connectTimeout + "]", connectReg[i].getCause());
                }
                nodeChannels.reg[i] = connectReg[i].getChannel();
                nodeChannels.reg[i].getCloseFuture().addListener(new ChannelCloseListener(node));
            }

            for (int i = 0; i < connectState.length; i++) {
                connectState[i].awaitUninterruptibly((long) (connectTimeout.millis() * 1.5));
                if (!connectState[i].isSuccess()) {
                    throw new ConnectTransportException(node, "connect_timeout[" + connectTimeout + "]", connectState[i].getCause());
                }
                nodeChannels.state[i] = connectState[i].getChannel();
                nodeChannels.state[i].getCloseFuture().addListener(new ChannelCloseListener(node));
            }

            for (int i = 0; i < connectPing.length; i++) {
                connectPing[i].awaitUninterruptibly((long) (connectTimeout.millis() * 1.5));
                if (!connectPing[i].isSuccess()) {
                    throw new ConnectTransportException(node, "connect_timeout[" + connectTimeout + "]", connectPing[i].getCause());
                }
                nodeChannels.ping[i] = connectPing[i].getChannel();
                nodeChannels.ping[i].getCloseFuture().addListener(new ChannelCloseListener(node));
            }

            if (nodeChannels.recovery.length == 0) {
                if (nodeChannels.bulk.length > 0) {
                    nodeChannels.recovery = nodeChannels.bulk;
                } else {
                    nodeChannels.recovery = nodeChannels.reg;
                }
            }
            if (nodeChannels.bulk.length == 0) {
                nodeChannels.bulk = nodeChannels.reg;
            }
        } catch (RuntimeException e) {
            // clean the futures
            for (ChannelFuture future : ImmutableList.<ChannelFuture>builder().add(connectRecovery).add(connectBulk).add(connectReg).add(connectState).add(connectPing).build()) {
                future.cancel();
                if (future.getChannel() != null && future.getChannel().isOpen()) {
                    try {
                        future.getChannel().close();
                    } catch (Exception e1) {
                        // ignore
                    }
                }
            }
            throw e;
        }
    }

以上就是节点建立连接的过程，每一对client和server间都会建立一定数量的不同连接。之所以要区分连接，是因为不同的操作消耗的资源不同，请求的频率也不同。对于资源消耗少请求频率高的如ping，可以建立多一些连接，来确保并发。对于消耗资源多如bulk操作，则要少建立一些连接，保证机器不被拖垮。节点的断开，这是讲相应的channel释放的过程。这里就不再做详细说明，可以参考相关源码。

总结一下nettytransport的连接过程，启动过程分别启动client和server，同时将对于的messagehandler注入，启动多次就是netty的启动过程。然后绑定server ip和断开。但是这里并没有连接，连接发送在节点启动时，节点启动会获取cluster信息，分别对集群中的节点建立上述的5种连接。这就是NettyTransport的启动和连接过程。transport还有一个很重要的功能就是发送request，及如何处理request，这些功能会在下一篇中分析。