zookeeper原理解析-客户端与服务器端交互

Zookeeper集群中server数量总是确定的，所以集群中的server交互采用比较可靠的bio长连接模型；不同于集群中sever间交互zookeeper客户端其实数量是未知的，为了提高zookeeper并发性能，zookeeper客户端与服务器端交互采用nio模型。下面我们主要来讲讲zookeeper的服务器端与客户端的交互。读者对nio不了解的话不妨抽点时间去了解下，对于一些nio框架如netty，mina再如一些web容器如tomcat，jetty底层都实现一套nio框架，对于实现nio框架模型大家不妨去谷歌百度搜一下Doug Lea的scalable io in Java 这个ppt。

客户端

ClientCnxnSocketNIO是zookeeper的nio通讯层的客户端部分，下面伪代码示例其核心代码：

ClientCnxnSocketNIO{

doTransport() {

if （如果之前连接没有立马连上，则在这里处理OP_CONNECT事件) {

sendThread.primeConnection();

} else {

doIO

}

//队列中有发送的消息， 开启写

}

doIO() {

if (sockKey.isReadable()) {

sendThread.readResponse(incomingBuffer);

updateLastHeard();

}

if（sockKey.isWritable()） {

Packetp = outgoingQueue.getFirst() //从发送队列取

updateLastSend

p.requestHeader.setXid(cnxn.getXid());//设置客户端的xid

序列化

发送

从发送队列删除

加入到pendingQueue队列

}

}

}

ClientCnxn 是客户端操作ClientCnxnSocketNIO的工具，维护了发送任务线程SendThread，事件任务线程EventThead, 发送队列OutgoingQueue以及请求消息的等待队列PendingQueue。下面以伪代码来示例其核心代码

ClientCnxn {

outgoingQueue//待向服务器端发送的队列, 客户端提交请求放入这个队列

pendingQueue //发送以后等待响应的队列,

submitRequest(){

//client端一个封装成一个packet

outgoingQueue.add(packet);

selector.wakeup();

packet.wait(); //如果是同步调用wait，应该反馈后会

}

SendThread {

run() {

1.设置clientCnxnSocket 最后发送时间，最后的心跳时间

2. if(!clientCnxnSocket.isConnected()) {

startConnect（）  //主要工作clientCnxnSocket做

} else {

计算下次ping的时间, 发送心跳

委托给 clientCnxnSocket.doTranspor进行底层的nio传输

}

}

primeConnection(){

//构建ConnectRequest

//组合成通讯层的Packet对象，添加到发送队列，对于ConnectRequest其requestHeader为null

outgoingQueue.addFirst

clientCnxnSocket.enableReadWriteOnly();//确保读写事件都监听

}

readResponse(){

1.先读响应头，先对特殊的xid进行处理

2. packet = pendingQueue.remove() //由于client和server都是单线程处理，多队列处理，所以认为全局有序

3. 反序列化响应体response, 并设置到packet上

4.finishPacket 1）同步notifyAll，结束 2）异步加入到event线程的队列

}

}

EventThread{ //主要支持异步的回调

run() {

}

}

}

大家观察客户端操作类Zookeeper里面的操作类主要分为两个参数不带callback的同步方法和参数带callback的异步方法。

1.      同步调用方法实现类似Future同步转异步模式实现

1）  Client提交请求对象封装成packet对象放入OutgoingQueue队列，并调用packet.wait()阻塞当前线程。

2）  每个Client都只有一个SendThread线程是线性处理OutgoingQueue中的请求消息的,SendThread线程通过ClientCnxnSocketNIO工具顺序从OutgoingQueue队列中取请求消息发送到服务器端，同时将请求packet加入到PendingQueue中

3）  ClientCnxnSocketNIO工具接收处理服务器端响应

4）  从PendingQueue队列取出对应的packet，并调packet.notifyAll()唤醒阻塞的线程完成同步调用

2.      异步调用的总体流程跟同步类似关键区别在于

1）  向OutgoingQueue队列提交请求后，不会调用packet.wait()阻塞当前线程，主流程继续执行

2）  同同步调用

3）  同同步调用

4）  从PendingQueue队列取出对应的packet，并调packet.callback方法完成回调处理

Zookeeper服务器端

NIOServerCnxnFactory工厂类，zookeeperserver用来启动监听客户端连接，每当有客户端请求连接进来，NIOServerCnxnFactory都会为这个链接构建NIOServerCnxn 实例来单独处理与这个客户端的交互

NIOServerCnxn封装了处理读取客户端请求数据与及向客户端响应数据

下面通过伪代码来实例：

NIOServerCnxnFactory  {

configure {

绑定端口

作为server监听

注册selectkey 的连接时间

}

run {  //起到accept的作用

1. OP_ACCEPT， 将NIOServerCnxn(handler) attach到selectkey以便被读写事件使用

2. OP_READ 和 OP_WRITE取出handler NIOServerCnxn,并调doIo

}

}

NIOServerCnxn {

构造器 {

//设置selectkey对read感兴趣

}

doIo {

if(k.isReadable()) {

1. 读前四个字节, 代表请求内容长度，不包括自己的4字节

2. 读取到字节数组中

3. zkServer.processPacket()或者zkServer.processConnectRequest()

}

if(k.isWritable()) {

1.从outgoingBuffers取ByteBuffer

2.发送bytes

}

}

}