Zookeeper之Zookeeper的Client的分析

1)几个重要概念 

• ZooKeeper：客户端入口

• Watcher：客户端注册的callback

• ZooKeeper.SendThread: IO线程

• ZooKeeper.EventThread: 事件处理线程，处理各类消息callback

• ClientCnxnSocketNIO:继承自ClientCnxnSocket，专门处理IO

2）zookeeper初始化

• • 应用提供watch实例

  • 实例化zookeeper

    • 实例化socket,默认使用ClientCnxnSocketNIO，可通过zookeeper.clientCnxnSocket配置定制

    • 实例化ClientCnxn

    • 实例化SendThread

    • 实例化EventThread

  • 启动zookeeper

    • 启动SendThread

      • 连接服务器（见SendThread.startConnect）

        • 产生真正的socket，见ClientCnxnSocketNIO.createSock

        • 向select注册一个OP_CONNECT事件并连接服务器，由于是非阻塞连接，此时有可能并不会立即连上，如果连上就会调用SendThread.primeConnection初始化连接来注册读写事件，否则会在接下来的轮询select获取连接事件中处理

        • 复位socket的incomingBuffer

• • • • • 连接成功后会产生一个connect型的请求发给服务，用于获取本次连接的sessionid

        • 进入循环等待来自应用的请求，如果没有就根据时间来ping 服务器

• • 启动EventThread

    • 开始进入无限循环，从队列waitingEvents中获取事件，如果没有就阻塞等待

3）以一个请求为例以 zk.exists("/root", false)为例

• 客户端线程

  • 构造一个exists类型的请求，请求类型见ZooDefs.OpCode

  • 将请求构造成一个Packet，并将该packet放入outgoingQueue

    • 唤醒select

  • 阻塞等待结果

• SendThread

  • 通过select 轮询判断是否有socket准备好，如果能读就读，能写就写

  • 此时socket准备好写了 ，就从outgoingQueue获取packet, 将packet发送到服务端 

  • 一旦发送了一个完整的packet,就将packet从outgoingQueue移除

  • 最后将packet加入到pendingQueue

  • 再次select轮询看是否有响应数据，如果有首先都去4个字节的响应头（包含响应的长度信息），然后在下一次遍历中都去响应体

  • 都到响应将packet从pendingQueue移除

  • 如果该请求packet带有一个callback,那么会将此packet放入waitingEvents队列，让EventThread去处理

  • 最后会调用p.notifyAll()解锁，于是应用线程从阻塞中出来

• 如果使用了带callback 的exists，EventThread会干活

4）小结

4.1）

SendThread也并非完全对应与请求/响应模式，SendThread也会接受到节点变化的通知，此时客户端变成了服务端

4.2）时间和超时的控制

ClientCnxnSocket作为ClientCnxnSocketNIO的父类，

有3个关键的时间字段

• now ：每次轮询select之前更新，或者发生错误是在catch段中更新为当前时间

• lastHeard：在读取了响应，包括上面提到的connect型请求和常规命令型请求的响应以及完成网络连接时更新为当前时间

• lastSend：每次发送完ping 命令和请求以及完成网络连接时更新为当前时间

有下面几个超时设置

• sessionTimeout：zookeeper初始化时设置的

• readTimeout：sessionTimeout * 2 / 3

• connectTimeout：sessionTimeout / hostProvider.size();  //hostProvider.size()为zookeeper服务器个数

• getIdleRecv()：now - lastHeard

• getIdleSend()：now - lastSend

• SessionTimeout的计算

  • 如果没有完成连接to=connectTimeout - getIdleRecv()

  • 如果完成连接to=readTimeout - getIdleRecv()

  • 如果to<=0  就会抛出SessionTimeoutException

4.3)什么时候ping

   计算timeToNextPing = readTimeout / 2-getIdleSend()

  如果timeToNextPing <= 0，发送ping请求(只是将ping请求放入outgoingQueue，并不发生IO)

4.4）select阻塞多久

如果上述的0<timeToNextPing<to,那么阻塞时长为timeToNextPing，否则为to

如果有写请求，select会被唤醒

4.5)sendThread的工作原理

该线程作为zookeeper客户端的核心部分专门负责IO处理 

• 计算select timeout(上面提到的to)

• 检查空闲时间，有可能抛出SessionTimeoutException或者发送ping

• 使用select轮询，获取网络事件（连接、读、写）也就是这3类

  • 如果是连接，做连接处理

  • 如果读，过程如下

    • 读取消息头，4个字节，头包含了消息体的字节数

    • 读 取消息体，分为两个大类消息，连接型消息“connect”和非连接型消息“header”，前者上面提到过就是连接完成之后发的一种消息，用于确定 sessionid, 另外前者会调用sendThread.onConnected，后者会调用sendThread.readResponse

    • 非连接型消息有分为几类

      • ping 消息

      • auth认证消息 

      • 订阅的消息，即各种变化的通知，比如子节点变化、节点内容变化，由服务器推过来的消息 ，获取到这类消息或通过eventThread.queueEvent将消息推入事件队列

      • 客户端命令的response,如果此消息带有callback着通过eventThread.queuePacket推入事件队列，否者唤醒阻塞的应用线程，注意到客户端命令都会有阻塞版本和异步版本（带callback）

  • 如果是写，就从outgoingQueue获取packet,写入网络

4.6）请求中的Watcher和StatCallback的差别

两个都是callback,两者都由EventThread，但后者控制调用线程是否会阻塞等待响应

4.7）IO模型

如图

• 没有使用传统连接池，会和zookeeper集群中的一台相连

• 单IO线程（NIO）+事件线程，很标准的NIO模式