RegistryDirectory，基于注册中心的服务发现，本文将重点探讨Dubbo是如何实现服务的自动注册与发现。从上篇文章，得知在消息消费者在创建服务调用器(Invoker)【消费者在初始时】时需要根据不同的协议，例如dubbo、registry(从注册中心获取服务提供者)来构建，其调用的方法为Protocol#refer，基于注册中心发现服务提供者的实现协议为RegistryProtocol。
RegistryProtocol#refer ----> doRefer方法。
RegistryProtocol#doRefer
private <T> Invoker<T> doRefer(Cluster cluster, Registry registry, Class<T> type, URL url) { // @1
RegistryDirectory<T> directory = new RegistryDirectory<T>(type, url); // @2
directory.setRegistry(registry);
directory.setProtocol(protocol); // @3
// all attributes of REFER_KEY
Map<String, String> parameters = new HashMap<String, String>(directory.getUrl().getParameters()); // @4
URL subscribeUrl = new URL(Constants.CONSUMER_PROTOCOL, parameters.remove(Constants.REGISTER_IP_KEY), 0, type.getName(), parameters); // @5
if (!Constants.ANY_VALUE.equals(url.getServiceInterface())
&& url.getParameter(Constants.REGISTER_KEY, true)) {
registry.register(subscribeUrl.addParameters(Constants.CATEGORY_KEY, Constants.CONSUMERS_CATEGORY,
Constants.CHECK_KEY, String.valueOf(false)));
} // @6
directory.subscribe(subscribeUrl.addParameter(Constants.CATEGORY_KEY,
Constants.PROVIDERS_CATEGORY
+ "," + Constants.CONFIGURATORS_CATEGORY
+ "," + Constants.ROUTERS_CATEGORY)); // @7
Invoker invoker = cluster.join(directory); // @8
ProviderConsumerRegTable.registerConsumer(invoker, url, subscribeUrl, directory); // @9
return invoker;
}代码@1：参数详解
- Cluster cluster：集群策略。
- Registry registry：注册中心实现类。
- Class type：引用服务名，dubbo:reference interface。
- URL url：注册中心URL。
代码@2：构建RegistryDirectory对象，基于注册中心动态发现服务提供者（服务提供者新增或减少），本节重点会剖析该类的实现细节。
代码@3：为RegistryDirectory设置注册中心、协议。
代码@4：获取服务消费者的配置属性。
代码@5：构建消费者URL，例如：
consumer://192.168.56.1/com.alibaba.dubbo.demo.DemoService?application=demo-consumer&check=false&dubbo=2.0.0&interface=com.alibaba.dubbo.demo.DemoService&methods=sayHello&pid=9892&qos.port=33333&side=consumer×tamp=1528380277185代码@6：向注册中心消息消费者：
consumer://192.168.56.1/com.alibaba.dubbo.demo.DemoService?application=demo-consumer&category=consumers&check=false&dubbo=2.0.0&interface=com.alibaba.dubbo.demo.DemoService&methods=sayHello&pid=9892&qos.port=33333&side=consumer×tamp=1528380277185 相比第5步的URL，增加了category=consumers、check=false，其中category表示在注册中心的命名空间，这里代表消费端。该步骤的作用就是向注册中心为服务增加一个消息消费者，其生成的效果如下：【以zookeeper为例】。
代码@7：为消息消费者添加category=providers,configurators,routers属性后，然后向注册中心订阅该URL，关注该服务下的providers,configurators,routers发生变化时通知RegistryDirectory，以便及时发现服务提供者、配置、路由规则的变化。
consumer://192.168.56.1/com.alibaba.dubbo.demo.DemoService?application=demo-consumer&category=providers,configurators,routers&check=false&dubbo=2.0.0&interface=com.alibaba.dubbo.demo.DemoService&methods=sayHello&pid=9892&qos.port=33333&side=consumer×tamp=1528380277185 其订阅关系调用的入口为：RegistryDirectory#subscribe方法，是接下来需要重点分析的重点。
代码@8：根据Directory，利用集群策略返回集群Invoker。
代码@9：缓存服务消费者、服务提供者对应关系。
从这里发现，服务的注册与发现与RegistryDirectory联系非常紧密，接下来让我们来详细分析RegistryDirectory的实现细节。
1、RegistryDirectory类图
private static final Cluster cluster = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Cluster.class).getAdaptiveExtension();
集群策略，默认为failover。- private static final RouterFactory routerFactory = ExtensionLoader.getExtensionLoader (RouterFactory.class).getAdaptiveExtension()路由工厂，可以通过监控中心或治理中心配置。
- private static final ConfiguratorFactory configuratorFactory = ExtensionLoader.getExtensionLoader(ConfiguratorFactory.class).getAdaptiveExtension();配置实现工厂类。
- private final String serviceKey; 服务key，默认为服务接口名。com.alibaba.dubbo.registry.RegistryService，注册中心在Dubbo中也是使用服务暴露。
- private final Class< T > serviceType;服务提供者接口类，例如interface com.alibaba.dubbo.demo.DemoService
- private final Map< String, String> queryMap：服务消费者URL中的所有属性。
- private final URL directoryUrl;注册中心URL，只保留消息消费者URL查询属性，也就是queryMap。
- private final String[] serviceMethods：引用服务提供者方法数组。
- private final boolean multiGroup：是否引用多个服务组。
- private Protocol protocol：协议。
- private Registry registry：注册中心实现者。
- private volatile List< Configurator> configurators;配置信息。
- private volatile Map< String, Invoker< T>> urlInvokerMap; 服务URL对应的Invoker(服务提供者调用器)。
private volatile Map< String, List< Invoker< T>>> methodInvokerMap; methodName : List< Invoker< T >>，
dubbo:method 对应的Invoker缓存表。- private volatile Set< URL > cachedInvokerUrls; 当前缓存的所有URL提供者URL。
2、RegistryDirectory 构造方法详解
public RegistryDirectory(Class<T> serviceType, URL url) { // @1
super(url);
if (serviceType == null)
throw new IllegalArgumentException("service type is null.");
if (url.getServiceKey() == null || url.getServiceKey().length() == 0)
throw new IllegalArgumentException("registry serviceKey is null.");
this.serviceType = serviceType;
this.serviceKey = url.getServiceKey(); // @2
this.queryMap = StringUtils.parseQueryString(url.getParameterAndDecoded(Constants.REFER_KEY)); // @3
this.overrideDirectoryUrl = this.directoryUrl = url.setPath(url.getServiceInterface()).clearParameters().addParameters(queryMap).removeParameter(Constants.MONITOR_KEY); //@4
String group = directoryUrl.getParameter(Constants.GROUP_KEY, "");
this.multiGroup = group != null && ("*".equals(group) || group.contains(","));
String methods = queryMap.get(Constants.METHODS_KEY);
this.serviceMethods = methods == null ? null : Constants.COMMA_SPLIT_PATTERN.split(methods); // @5
}代码@1：参数描述，serviceType：消费者引用的服务< dubbo:reference interface="" .../>;URL url：注册中心的URL，例如：
zookeeper://127.0.0.1:2181/com.alibaba.dubbo.registry.RegistryService?application=demo-consumer&dubbo=2.0.0&pid=5552&qos.port=33333&refer=application%3Ddemo-consumer%26check%3Dfalse%26dubbo%3D2.0.0%26interface%3Dcom.alibaba.dubbo.demo.DemoService%26methods%3DsayHello%26pid%3D5552%26qos.port%3D33333%26register.ip%3D192.168.56.1%26side%3Dconsumer%26timestamp%3D1528379076123×tamp=1528379076179 代码@2：获取注册中心URL的serviceKey：com.alibaba.dubbo.registry.RegistryService。
代码@3：获取注册中心URL消费提供者的所有配置参数:从url属性的refer。
代码@4：初始化haulovverrideDirecotryUrl、directoryUrl：注册中心的URL，移除监控中心以及其他属性值，只保留消息消费者的配置属性。
代码@5：获取服务消费者单独配置的方法名dubbo:method。
3、RegistryDirectory#subscribe
public void subscribe(URL url) {
setConsumerUrl(url); // @1
registry.subscribe(url, this); // @2
} 代码@1：设置RegistryDirectory的consumerUrl为消费者URL。
代码@2：调用注册中心订阅消息消息消费者URL，首先看一下接口Registry#subscribe的接口声明：
RegistryService:void subscribe(URL url, NotifyListener listener); 这里传入的NotifyListener为RegistryDirectory，其注册中心的subscribe方法暂时不深入去跟踪，不过根据上面URL上面的特点，应该能猜出如下实现关键点：
consumer://192.168.56.1/com.alibaba.dubbo.demo.DemoService?application=demo-consumer&category=providers,configurators,routers&check=false&dubbo=2.0.0&interface=com.alibaba.dubbo.demo.DemoService&methods=sayHello&pid=9892&qos.port=33333&side=consumer×tamp=1528380277185- 根据消息消费者URL，获取服务名。
- 根据category=providers、configurators、routers，分别在该服务名下的providers目录、configurators目录、routers目录建立事件监听，监听该目录下节点的创建、更新、删除事件，然后一旦事件触发，将回调RegistryDirectory#void notify(List< URL> urls)。
4、RegistryDirectory#notify
首先该方法是在注册中心providers、configurators、routers目录下的节点发生变化后，通知RegistryDirectory，已便更新最新信息，实现”动态“发现机制。
RegistryDirectory#notify
List<URL> invokerUrls = new ArrayList<URL>();
List<URL> routerUrls = new ArrayList<URL>();
List<URL> configuratorUrls = new ArrayList<URL>();
for (URL url : urls) {
String protocol = url.getProtocol(); // @1
String category = url.getParameter(Constants.CATEGORY_KEY, Constants.DEFAULT_CATEGORY); // @2
if (Constants.ROUTERS_CATEGORY.equals(category) || Constants.ROUTE_PROTOCOL.equals(protocol)) { // @3
routerUrls.add(url);
} else if (Constants.CONFIGURATORS_CATEGORY.equals(category) || Constants.OVERRIDE_PROTOCOL.equals(protocol)) { // @4
configuratorUrls.add(url);
} else if (Constants.PROVIDERS_CATEGORY.equals(category)) { // @5
invokerUrls.add(url);
} else {
logger.warn("Unsupported category " + category + " in notified url: " + url + " from registry " + getUrl().getAddress() + " to consumer " +
NetUtils.getLocalHost());
}
} Step1：根据通知的URL的前缀，分别添加到：invokerUrls(提供者url)、routerUrls（路由信息）、configuratorUrls （配置url）。
代码@1：从url中获取协议字段，例如condition://、route://、script://、override://等。
代码@2：获取url的category,在注册中心的命令空间，例如:providers、configurators、routers。
代码@3：如果category等于routers或协议等于route，则添加到routerUrls中。
代码@4：如果category等于configurators或协议等于override，则添加到configuratorUrls中。
代码@5：如果category等于providers，则表示服务提供者url，加入到invokerUrls中。
RegistryDirectory#notify
// configurators
if (configuratorUrls != null && !configuratorUrls.isEmpty()) {
this.configurators = toConfigurators(configuratorUrls);
}Step2：将configuratorUrls转换为配置对象List< Configurator> configurators，该方法将在《源码分析Dubbo配置规则实现细节》一文中详细讲解。
RegistryDirectory#notify
// routers
if (routerUrls != null && !routerUrls.isEmpty()) {
List<Router> routers = toRouters(routerUrls);
if (routers != null) { // null - do nothing
setRouters(routers);
}
}Step3：将routerUrls路由URL转换为Router对象，该部分内容将在《源码分析Dubbo路由机制实现细节》一文中详细分析。
RegistryDirectory#notify
// providers
refreshInvoker(invokerUrls);Step4：根据回调通知刷新服务提供者集合。
5、RegistryDirectory#refreshInvoker
RegistryDirectory#refreshInvoker
if (invokerUrls != null && invokerUrls.size() == 1 && invokerUrls.get(0) != null
&& Constants.EMPTY_PROTOCOL.equals(invokerUrls.get(0).getProtocol())) {
this.forbidden = true; // Forbid to access
this.methodInvokerMap = null; // Set the method invoker map to null
destroyAllInvokers(); // Close all invokers
} Step1：如果invokerUrls不为空并且长度为1，并且协议为empty,表示该服务的所有服务提供者都下线了。需要销毁当前所有的服务提供者Invoker。
RegistryDirectory#refreshInvoker
this.forbidden = false; // Allow to access
Map<String, Invoker<T>> oldUrlInvokerMap = this.urlInvokerMap; // local reference
if (invokerUrls.isEmpty() && this.cachedInvokerUrls != null) {
invokerUrls.addAll(this.cachedInvokerUrls);
} else {
this.cachedInvokerUrls = new HashSet<URL>();
this.cachedInvokerUrls.addAll(invokerUrls);//Cached invoker urls, convenient for comparison
}
if (invokerUrls.isEmpty()) {
return;
}Step2： 如果invokerUrls为空，并且已缓存的invokerUrls不为空，将缓存中的invoker url复制到invokerUrls中，这里可以说明如果providers目录未发送变化，invokerUrls则为空，表示使用上次缓存的服务提供者URL对应的invoker；如果invokerUrls不为空，则用iinvokerUrls中的值替换原缓存的invokerUrls，这里说明，如果providers发生变化，invokerUrls中会包含此时注册中心所有的服务提供者。如果invokerUrls为空，则无需处理，结束本次更新服务提供者Invoker操作。
RegistryDirectory#refreshInvoker
Map<String, Invoker<T>> newUrlInvokerMap = toInvokers(invokerUrls);// Translate url list to Invoker map
Map<String, List<Invoker<T>>> newMethodInvokerMap = toMethodInvokers(newUrlInvokerMap); // Change method name to map Invoker MapStep3：将invokerUrls转换为对应的Invoke，然后根据服务级的url:invoker映射关系创建method:List< Invoker>映射关系，将在下文相信分析。
RegistryDirectory#refreshInvoker
this.methodInvokerMap = multiGroup ? toMergeMethodInvokerMap(newMethodInvokerMap) : newMethodInvokerMap;
this.urlInvokerMap = newUrlInvokerMap;
try {
destroyUnusedInvokers(oldUrlInvokerMap, newUrlInvokerMap); // Close the unused Invoker
} catch (Exception e) {
logger.warn("destroyUnusedInvokers error. ", e);
}Step4：如果支持multiGroup机制，则合并methodInvoker，将在下文分析，然后根据toInvokers、toMethodInvokers刷新当前最新的服务提供者信息。
6、RegistryDirectory#toInvokers
RegistryDirectory#toInvokers
String queryProtocols = this.queryMap.get(Constants.PROTOCOL_KEY);
for (URL providerUrl : urls) {
// ...
}Step1：获取消息消费者URL中的协议类型，< dubbo:reference protocol="" .../>属性值，然后遍历所有的Invoker Url(服务提供者URL)。
RegistryDirectory#toInvokers
if (queryProtocols != null && queryProtocols.length() > 0) {
boolean accept = false;
String[] acceptProtocols = queryProtocols.split(",");
for (String acceptProtocol : acceptProtocols) {
if (providerUrl.getProtocol().equals(acceptProtocol)) {
accept = true;
break;
}
}
if (!accept) {
continue;
}
}Step2： 从这一步开始，代码都包裹在for(URL providerUrl : urls)中，一个一个处理提供者URL。如果dubbo:referecnce标签的protocol不为空，则需要对服务提供者URL进行过滤，匹配其协议与protocol属性相同的服务，如果不匹配，则跳过后续处理逻辑，接着处理下一个服务提供者URL。
RegistryDirectory#toInvokers
if (Constants.EMPTY_PROTOCOL.equals(providerUrl.getProtocol())) {
continue;
}Step3：如果协议为empty，跳过，处理下一个服务提供者URL。
RegistryDirectory#toInvokers
if (!ExtensionLoader.getExtensionLoader(Protocol.class).hasExtension(providerUrl.getProtocol())) {
logger.error(new IllegalStateException("Unsupported protocol " + providerUrl.getProtocol() + " in notified url: " + providerUrl + " from registry " + getUrl().getAddress() + " to
consumer " + NetUtils.getLocalHost()
+ ", supported protocol: " + ExtensionLoader.getExtensionLoader(Protocol.class).getSupportedExtensions()));
continue;
}Step4：验证服务提供者协议，如果不支持，则跳过。
RegistryDirectory#toInvokers
URL url = mergeUrl(providerUrl);Step5：合并URL中的属性，其具体实现细节如下：
消费端属性覆盖生产者端属性（配置属性消费者端优先生产者端属性），其具体实现方法：ClusterUtils.mergeUrl(providerUrl, queryMap)，其中queryMap为消费端属性。
a、首先移除只在服务提供者端生效的属性（线程池相关）：threadname、default.threadname、threadpool、default.threadpool、corethreads、default.corethreads、threads、default.threads、queues、default.queues、alive、default.alive、transporter、default.transporter，服务提供者URL中的这些属性来源于dubbo:protocol、dubbo:provider。 b、用消费端配置属性覆盖服务端属性。 c、如下属性以服务端优先：dubbo(dubbo信息)、version（版本）、group（服务组）、methods（服务方法）、timestamp（时间戳）。 d、合并服务端，消费端Filter,其配置属性（reference.filter），返回结果为：provider#reference.filter, consumer#reference.filter。 e、合并服务端，消费端Listener，其配置属性(invoker.listener)，返回结果为：provider#invoker.listener，consumer#invoker.listener。- 合并configuratorUrls 中的属性，我们现在应该知道，dubbo可以在监控中心或管理端(dubbo-admin)覆盖覆盖服务提供者的属性，其使用协议为override，该部分的实现逻辑见：《源码分析Dubbo配置规则机制（override协议）》
- 为服务提供者URL增加check=false，默认只有在服务调用时才检查服务提供者是否可用。
- 重新复制overrideDirectoryUrl，providerUrl在进过第一步参数合并后（包含override协议覆盖后的属性）赋值给overrideDirectoryUrl。
String key = url.toFullString(); // The parameter urls are sorted
if (keys.contains(key)) { // Repeated url
continue;
}
keys.add(key);Step6：获取url所有属性构成的key,该key也是RegistryDirectory中Map> urlInvokerMap;中的key。
RegistryDirectory#toInvokers
Map<String, Invoker<T>> localUrlInvokerMap = this.urlInvokerMap; // local reference
Invoker<T> invoker = localUrlInvokerMap == null ? null : localUrlInvokerMap.get(key);
if (invoker == null) { // Not in the cache, refer again
try {
boolean enabled = true;
if (url.hasParameter(Constants.DISABLED_KEY)) {
enabled = !url.getParameter(Constants.DISABLED_KEY, false);
} else {
enabled = url.getParameter(Constants.ENABLED_KEY, true);
}
if (enabled) {
invoker = new InvokerDelegate<T>(protocol.refer(serviceType, url), url, providerUrl);
}
} catch (Throwable t) {
logger.error("Failed to refer invoker for interface:" + serviceType + ",url:(" + url + ")" + t.getMessage(), t);
}
if (invoker != null) { // Put new invoker in cache
newUrlInvokerMap.put(key, invoker);
}
} else {
newUrlInvokerMap.put(key, invoker);
}Step7：如果localUrlInvokerMap中未包含invoker并且该provider状态为启用，则创建该URL对应的Invoker，并添加到newUrlInvokerMap中。toInvokers运行结束后，回到refreshInvoker方法中继续往下执行，根据 最新的服务提供者映射关系Map< String,Invoker>，构建Map< String,List< Invoker>>,其中键为methodName。然后更新RegistryDirectory的urlInvokerMap、methodInvokerMap属性，并销毁老的Invoker对象，完成一次路由发现过程。
上面整个过程完成了一次动态服务提供者发现流程，下面再分析一下RegistryDirectory的另外一个重要方法，doList，再重复一遍RegistryDirectory的作用，服务提供者目录服务，在集群Invoker的实现中，内部持有一个Direcotry对象，在进行服务调用之前，首先先从众多的Invoker中选择一个来执行，那众多的Invoker从哪来呢？其来源于集群Invoker中会调用Direcotry的public List< Invoker< T>> list(Invocation invocation)，首先将调用AbstractDirectory#list方法，然后再内部调用doList方法，doList方法有其子类实现。
7、RegistryDirectory#doList(Invocation invocation) 方法详解
RegistryDirectory#doList
if (forbidden) {
// 1. No service provider 2. Service providers are disabled
throw new RpcException(RpcException.FORBIDDEN_EXCEPTION,
"No provider available from registry " + getUrl().getAddress() + " for service " + getConsumerUrl().getServiceKey() + " on consumer " + NetUtils.getLocalHost()
+ " use dubbo version " + Version.getVersion() + ", please check status of providers(disabled, not registered or in blacklist).");
}Step1：如果禁止访问（如果没有服务提供者，或服务提供者被禁用），则抛出没有提供者异常。
RegistryDirectory#doList
Map<String, List<Invoker<T>>> localMethodInvokerMap = this.methodInvokerMap; // local reference
if (localMethodInvokerMap != null && localMethodInvokerMap.size() > 0) {
String methodName = RpcUtils.getMethodName(invocation);
Object[] args = RpcUtils.getArguments(invocation);
if (args != null && args.length > 0 && args[0] != null
&& (args[0] instanceof String || args[0].getClass().isEnum())) {
invokers = localMethodInvokerMap.get(methodName + "." + args[0]); // The routing can be enumerated according to the first parameter
}
if (invokers == null) {
invokers = localMethodInvokerMap.get(methodName);
}
if (invokers == null) {
invokers = localMethodInvokerMap.get(Constants.ANY_VALUE);
}
if (invokers == null) {
Iterator<List<Invoker<T>>> iterator = localMethodInvokerMap.values().iterator();
if (iterator.hasNext()) {
invokers = iterator.next();
}
}
}
return invokers == null ? new ArrayList<Invoker<T>>(0) : invokers;Step2：根据方法名称，从Map< String,List< Invoker>>这个集合中找到合适的List< Invoker>，如果方法名未命中，则返回所有的Invoker，localMethodInvokerMap中方法名，主要是dubbo:service的子标签dubbo:method，最终返回invokers。
本文详细介绍了服务消费者基于注册中心的服务发现机制，其中对routers(路由)与configurators(override协议)并未详细展开，下节先重点分析configurators与routers(路由)实现细节。
总结一下服务注册与发现机制：
基于注册 中心的事件通知（订阅与发布），一切支持事件订阅与发布的框架都可以作为Dubbo注册中心的选型。
- 服务提供者在暴露服务时，会向注册中心注册自己，具体就是在${service interface}/providers目录下添加 一个节点（临时），服务提供者需要与注册中心保持长连接，一旦连接断掉（重试连接）会话信息失效后，注册中心会认为该服务提供者不可用（提供者节点会被删除）。
- 消费者在启动时，首先也会向注册中心注册自己，具体在${interface interface}/consumers目录下创建一个节点。
- 消费者订阅${service interface}/ [ providers、configurators、routers ]三个目录，这些目录下的节点删除、新增事件都胡通知消费者，根据通知，重构服务调用器(Invoker)。
以上就是Dubbo服务注册与动态发现机制的原理与实现细节。
原文发布时间为：2019-02-28
本文作者：丁威，《RocketMQ技术内幕》作者。
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