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标题: Nacos源码 (5) Grpc服务端和客户端 [打印本页]

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作者: 乌市泽哥    时间: 2023-9-4 11:36
标题: Nacos源码 (5) Grpc服务端和客户端
Nacos 2.x在服务端与客户端直接增加了GRPC通信方式，本文通过2.0.2版本源码，简单分析GRPC通信方式：

• 服务器启动
  
• 客户端连接
  
• 客户端心跳
  
• 服务器监控检查
  

服务器

proto文件

api/src/main/proto/nacos_grpc_service.proto文件：

1. syntax = "proto3";
3. import "google/protobuf/any.proto";
4. import "google/protobuf/timestamp.proto";
6. option java_multiple_files = true;
7. option java_package = "com.alibaba.nacos.api.grpc.auto";
9. message Metadata {
10.   string type = 3; // 请求/响应的真实类型
11.   string clientIp = 8;
12.   map<string, string> headers = 7;
13. }
15. // GRPC通信层请求/响应体
16. message Payload {
17.   Metadata metadata = 2;
18.   // 业务层的请求/响应体，需要使用type做反序列化
19.   google.protobuf.Any body = 3;
20. }
22. service RequestStream {
23.   // build a streamRequest
24.   rpc requestStream (Payload) returns (stream Payload) {
25.   }
26. }
28. service Request {
29.   // Sends a commonRequest
30.   rpc request (Payload) returns (Payload) {
31.   }
32. }
34. service BiRequestStream {
35.   // Sends a commonRequest
36.   rpc requestBiStream (stream Payload) returns (stream Payload) {
37.   }
38. }

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文件定义了通信层的service和message结构，业务层请求响应的序列化和反序列化是Nacos在RequestAcceptor/Connection中使用工具类实现的，业务层请求处理是在RequestAcceptor中进行的转发。
服务器启动

Server类继承关系

1. BaseRpcServer
2.   |-- BaseGrpcServer
3.      |-- GrpcSdkServer
4.      |-- GrpcClusterServer

复制代码

此处介绍一下GrpcSdkServer实现。
GrpcSdkServer类

1. @Service
2. public class GrpcSdkServer extends BaseGrpcServer {
4.     // 所以SDK服务器的监听端口是9848
5.     private static final int PORT_OFFSET = 1000;
7.     @Override
8.     public int rpcPortOffset() {
9.         return PORT_OFFSET;
10.     }
12.     @Override
13.     public ThreadPoolExecutor getRpcExecutor() {
14.         return GlobalExecutor.sdkRpcExecutor;
15.     }
16. }

复制代码

大部分的启动逻辑在BaseGrpcServer中。
BaseGrpcServer类

GRPC服务器的启动逻辑大部分都在这个类的startServer方法。

• 将处理请求的RequestAcceptor注册到HandlerRegistry
  
  
  
  • GrpcRequestAcceptor用于处理普通业务请求
    
  • GrpcBiStreamRequestAcceptor用于处理连接建立请求，获取Channel创建GrpcConnection并注册到ConnectionManager中，后续向客户端发送消息都是使用GrpcConnection做的
    
  
  
• 创建GRPC的Server对象
  
  
  
  • 设置port和executor
    
  • 设置HandlerRegistry
    
  • 添加ServerTransportFilter在连接建立和断开时做一些业务操作
    
  
  
• 启动Server
  

GrpcRequestAcceptor类

这个类对GRPC做了扩展，重写了request方法：

• 解析Payload获取请求体的数据类型
  
• 从RequestHandlerRegistry获取适配的RequestHandler处理器
  
• 将请求体反序列化成请求体类型对象
  
• 调用handleRequest方法处理请求返回响应
  

处理请求代码：

1. Request request = (Request) parseObj;
2. try {
3.     // 获取Connection
4.     Connection connection = connectionManager.getConnection(CONTEXT_KEY_CONN_ID.get());
5.     RequestMeta requestMeta = new RequestMeta();
6.     requestMeta.setClientIp(connection.getMetaInfo().getClientIp());
7.     requestMeta.setConnectionId(CONTEXT_KEY_CONN_ID.get());
8.     requestMeta.setClientVersion(connection.getMetaInfo().getVersion());
9.     requestMeta.setLabels(connection.getMetaInfo().getLabels());
10.     // 刷新活跃时间，后续的健康检查会使用到这个时间戳
11.     connectionManager.refreshActiveTime(requestMeta.getConnectionId());
12.     // 使用RequestHandler处理请求
13.     Response response = requestHandler.handleRequest(request, requestMeta);
14.     Payload payloadResponse = GrpcUtils.convert(response);
15.     traceIfNecessary(payloadResponse, false);
16.     responseObserver.onNext(payloadResponse);
17.     responseObserver.onCompleted();
18. } catch (Throwable e) {
19.     Payload payloadResponse = GrpcUtils.convert(buildErrorResponse(
20.             (e instanceof NacosException) ? ((NacosException) e).getErrCode() : ResponseCode.FAIL.getCode(),
21.             e.getMessage()));
22.     traceIfNecessary(payloadResponse, false);
23.     responseObserver.onNext(payloadResponse);
24.     responseObserver.onCompleted();
25. }

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RequestHandler处理器

RequestHandler抽象类是Nacos在业务层处理GRPC请求的抽象类：

1. public abstract class RequestHandler<T extends Request, S extends Response> {
3.     @Autowired
4.     private RequestFilters requestFilters;
6.     /**
7.      * Handler request.
8.      */
9.     public Response handleRequest(T request, RequestMeta meta) throws NacosException {
10.         for (AbstractRequestFilter filter : requestFilters.filters) {
11.             try {
12.                 Response filterResult = filter.filter(request, meta, this.getClass());
13.                 if (filterResult != null && !filterResult.isSuccess()) {
14.                     return filterResult;
15.                 }
16.             } catch (Throwable throwable) {
17.                 Loggers.REMOTE.error("filter error", throwable);
18.             }
19.         }
20.         return handle(request, meta);
21.     }
23.     /**
24.      * Handler request.
25.      */
26.     public abstract S handle(T request, RequestMeta meta) throws NacosException;
27. }

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实现类：
Nacos使用RequestHandlerRegistry管理所有的RequestHandler，是一个Map结构：

1. // key是Request类型的简单名
2. // value是RequestHandler实现类对象
3. Map<String, RequestHandler> registryHandlers = new HashMap<String, RequestHandler>();

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RequestHandlerRegistry会扫描Spring容器里面所有的RequestHandler对象，解析RequestHandler实现类处理的Request类型的简单名，将其注册到registryHandlers中。
GrpcRequestAcceptor类获取适配的RequestHandler处理器使用的就是RequestHandlerRegistry类的getByRequestType方法：

1. public RequestHandler getByRequestType(String requestType) {
2.     return registryHandlers.get(requestType);
3. }

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建立连接

在Server初始化的时候，Nacos注册了ServerInterceptor和ServerTransportFilter组件，这些组件会在连接建立时将conn_id、remote_ip、remote_port、local_port、ctx_channel等绑定到Context上。
创建GrpcConnection

客户端在连接建立之后会发送一个ConnectionSetupRequest请求，服务器使用GrpcBiStreamRequestAcceptor处理该请求：

• 获取到conn_id、remote_ip、remote_port、local_port等
  
• 解析请求获取clienIp
  
• 封装GrpcConnection对象，包括：conn_id、remote_ip、remote_port、local_port、clientIp、客户端版本等基础信息，以及StreamObserver和Channel
  
• 将GrpcConnection注册到ConnectionManager上
  

创建Client

ConnectionManager的注册操作会触发ConnectionBasedClientManager的clientConnected方法来创建Client对象：

1. public void clientConnected(Connection connect) {
2.     // grpc类型
3.     String type = connect.getMetaInfo().getConnectType();
4.     // 此处获取到的是ConnectionBasedClientFactory对象
5.     ClientFactory clientFactory = ClientFactoryHolder.getInstance().findClientFactory(type);
6.     // 此处创建的是ConnectionBasedClient对象
7.     clientConnected(clientFactory.newClient(connect.getMetaInfo().getConnectionId()));
8. }
10. public boolean clientConnected(Client client) {
11.     if (!clients.containsKey(client.getClientId())) {
12.         // 注册到client集
13.         // 使用Map维护clientId->client对象关系
14.         clients.putIfAbsent(client.getClientId(), (ConnectionBasedClient) client);
15.     }
16.     return true;
17. }

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健康检查

ConnectionManager连接管理器

这个类管理客户端连接，提供注册连接、移除连接等功能：

1. // 管理IP -> 连接数，用于实现ConnectionLimitRule
2. private Map<String, AtomicInteger> connectionForClientIp = new ConcurrentHashMap<String, AtomicInteger>(16);
3. // 管理connectionId -> Connection
4. Map<String, Connection> connections = new ConcurrentHashMap<String, Connection>();

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Connection抽象类实现了Requester接口，能够向客户端发送请求、管理连接状态。
GrpcConnection实现了Connection抽象类。
在连接建立后，客户端会发送一个ConnectionSetupRequest请求，服务端收到该请求后，会解析出connectionId、客户端IP、客户端端口、客户端版本、Channel等封装成GrpcConnection对象，然后注册到ConnectionManager中。
健康检查周期任务

ConnectionManager在启动阶段会启动一个周期任务来检查IP连接数和连接的活跃状态，每3秒执行一次：

• 遍历连接集，使用connectionLimitRule查找需要重置的连接，向这些客户端发reset请求重置连接
  
• 获取连接的最后活跃时间(客户端每次请求都会更新这个时间)，如果超过20秒不活跃，则向客户端发送一个探测请求，如果请求失败则断开连接
  

断开连接

业务处理流程

GRPC连接层检测到连接断开之后，会触发GrpcServer的transportTerminated事件：

1. public void transportTerminated(Attributes transportAttrs) {
2.     String connectionId = null;
3.     try {
4.         connectionId = transportAttrs.get(TRANS_KEY_CONN_ID);
5.     } catch (Exception e) {
6.         // Ignore
7.     }
8.     if (StringUtils.isNotBlank(connectionId)) {
9.         // 使用ConnectionManager移除连接
10.         connectionManager.unregister(connectionId);
11.     }
12. }

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ConnectionManager移除连接：

1. public synchronized void unregister(String connectionId) {
2.     // 从Connection集移除连接
3.     Connection remove = this.connections.remove(connectionId);
4.     if (remove != null) {
5.         String clientIp = remove.getMetaInfo().clientIp;
6.         AtomicInteger atomicInteger = connectionForClientIp.get(clientIp);
7.         // IP连接数--
8.         if (atomicInteger != null) {
9.             int count = atomicInteger.decrementAndGet();
10.             if (count <= 0) {
11.                 connectionForClientIp.remove(clientIp);
12.             }
13.         }
14.         remove.close();
15.         // 通知ClientManager层移除client对象
16.         clientConnectionEventListenerRegistry.notifyClientDisConnected(remove);
17.     }
18. }

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之后需要为Client进行初始化：

• 设置ServerListFactory，用于选择服务器地址
  
• 注册ServerRequestHandler处理器，用于处理服务端发送的请求，比如服务订阅的回调、配置文件变化通知
  
• 注册ConnectionEventListener监听器
  1. public boolean clientDisconnected(String clientId) {
  2.     ConnectionBasedClient client = clients.remove(clientId);
  3.     if (null == client) {
  4.         return true;
  5.     }
  6.     client.release();
  7.     // 推送一个ClientDisconnectEvent事件
  8.     NotifyCenter.publishEvent(new ClientEvent.ClientDisconnectEvent(client));
  9.     return true;
  10. }

  复制代码
• 启动Client
  
  
  
  • 启动ConnectionEvent处理线程
    
  • 启动健康检查(心跳)线程
    
  • 创建GrpcConnection
    
  
  

创建GrpcConnection

• 创建GRPC的RequestFutureStub和BiRequestStreamStub
  
• 发一个ServerCheckRequest请求验证服务端的可用性
  
• 创建GrpcConnection对象，封装serverInfo和executor、connectionId、channel等
  
• 为BiRequestStreamStub绑定请求处理逻辑：使用ServerRequestHandler处理器处理服务端发送过来的请求
  
• 发送ConnectionSetupRequest请求，让服务端创建并注册GrpcConnection
  

1. public interface ServerListFactory {
3.     // 选择一个可用的服务器地址 ip:port格式
4.     String genNextServer();
6.     // 返回当前使用的服务器地址 ip:port格式
7.     String getCurrentServer();
9.     // 返回服务器集合
10.     List<String> getServerList();
11. }

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发送请求

Requester接口

这个接口定义了发送请求的方法：

1. RpcClientFactory.createClient(uuid, ConnectionType.GRPC, labels);

复制代码

GrpcConnection实现

GrpcConnection类实现了Requester接口的三个request方法，使用的是GRPC的Stub发送请求，以request方法为例：

1. public static RpcClient createClient(String clientName,
2.                                      ConnectionType connectionType,
3.                                      Map<String, String> labels) {
4.     return CLIENT_MAP.compute(clientName, (clientNameInner, client) -> {
5.         if (client == null) {
6.             if (ConnectionType.GRPC.equals(connectionType)) {
7.                 // 创建的是GrpcSdkClient对象
8.                 client = new GrpcSdkClient(clientNameInner);
9.             }
10.             if (client == null) {
11.                 throw new UnsupportedOperationException(
12.                     "unsupported connection type :" + connectionType.getType());
13.             }
14.             client.labels(labels);
15.         }
16.         return client;
17.     });
18. }

复制代码

对于另外两个方法：

• requestFuture方法：在grpcFutureServiceStub.request(grpcRequest)发送请求之后，创建一个RequestFuture返回
  
• asyncRequest方法：在grpcFutureServiceStub.request(grpcRequest)发送请求之后，为requestFuture添加监听回调
  

心跳healthCheck

前文介绍过，在启动RpcClient阶段，会启动健康检查任务，该任务每5秒执行一次，对当前客户端封装的connection做健康检查：

1. rpcClient.serverListFactory(serverListFactory);
2. rpcClient.start();
3. rpcClient.registerServerRequestHandler(new NamingPushRequestHandler(serviceInfoHolder));
4. rpcClient.registerConnectionListener(namingGrpcConnectionEventListener);

复制代码

healthCheck方法：

1. if (grpcExecutor == null) {
2.     int threadNumber = ThreadUtils.getSuitableThreadCount(8);
3.     grpcExecutor = new ThreadPoolExecutor(threadNumber, threadNumber, 10L, TimeUnit.SECONDS,
4.             new LinkedBlockingQueue<>(10000),
5.             new ThreadFactoryBuilder().setDaemon(true).setNameFormat("nacos-grpc-client-executor-%d")
6.                     .build());
7.     grpcExecutor.allowCoreThreadTimeOut(true);
8. }
9. // 8848+1000
10. int port = serverInfo.getServerPort() + rpcPortOffset();
11. RequestGrpc.RequestFutureStub newChannelStubTemp = createNewChannelStub(serverInfo.getServerIp(), port);
12. // 发一个ServerCheckRequest请求验证服务端的可用性
13. Response response = serverCheck(serverInfo.getServerIp(), port, newChannelStubTemp);
14. if (response == null || !(response instanceof ServerCheckResponse)) {
15.     shuntDownChannel((ManagedChannel) newChannelStubTemp.getChannel());
16.     return null;
17. }
19. BiRequestStreamGrpc.BiRequestStreamStub biRequestStreamStub = BiRequestStreamGrpc
20.         .newStub(newChannelStubTemp.getChannel());
21. // 创建GrpcConnection对象，封装serverInfo和executor、connectionId、channel等
22. GrpcConnection grpcConn = new GrpcConnection(serverInfo, grpcExecutor);
23. grpcConn.setConnectionId(((ServerCheckResponse) response).getConnectionId());
25. // create stream request and bind connection event to this connection
26. StreamObserver<Payload> payloadStreamObserver = bindRequestStream(biRequestStreamStub, grpcConn);
28. // stream observer to send response to server
29. grpcConn.setPayloadStreamObserver(payloadStreamObserver);
30. grpcConn.setGrpcFutureServiceStub(newChannelStubTemp);
31. grpcConn.setChannel((ManagedChannel) newChannelStubTemp.getChannel());
32. // send a setup request
33. ConnectionSetupRequest conSetupRequest = new ConnectionSetupRequest();
34. conSetupRequest.setClientVersion(VersionUtils.getFullClientVersion());
35. conSetupRequest.setLabels(super.getLabels());
36. conSetupRequest.setAbilities(super.clientAbilities);
37. conSetupRequest.setTenant(super.getTenant());
38. grpcConn.sendRequest(conSetupRequest);

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