Spark的RPC通信一-初稿
文章目录
- Spark的RPC通信一-初稿
- Spark的RPC顶层设计
- 核心类`NettyRpcEnv`
- 核心类`RpcEndpoint`
- 核心类`RpcEndpointRef`
- Spark RPC消息的发送与接收实现
- 核心类`Inbox`
- 核心类`Dispatcher`
- 核心类`Outbox`
Spark的RPC顶层设计
在RpcEnv中定义了RPC通信框架的启动、停止和关闭等抽象方法,表示RPC的顶层环境。唯一的子类NettyRpcEnv。
RpcEndpoints 需要向 RpcEnv 注册自己的名称,以便接收信息。然后,RpcEnv 将处理从 RpcEndpointRef 或远程节点发送的信息,并将它们传送到相应的 RpcEndpoints。对于 RpcEnv 捕捉到的未捕获异常,RpcEnv 会使用 RpcCallContext.sendFailure 将异常发回给发送者,如果没有发送者或出现 NotSerializableException,则记录异常。
RpcEnv 还提供了一些方法来检索给定名称或 uri 的 RpcEndpointRefs。
在RpcEnvFactory中定义了创建RpcEnv的抽象方法,在NettyRpcEnv和NettyRpcEnvFactory中使用Netty对继承的方式进行了实现。
在NettRpcEnv中启动终端点方法setEndpoint中,会将RpcEndpoint和RpcEndpointRef相互以键值对的形式存储到ConcurrentHashMap中,最后在RpcEnv的object类中通过反射方式实现创建RpcEnv的实例的静态方法。
核心类NettyRpcEnv
NettyRpcEnv的核心成员和核心方法
transportConf:TransportConf的实例对象,加载一些关于RPC的配置项dispatcher:Dispatcher的实例对象,消息转发器,将RPC消息路由到要该对此消息处理的RpcEndpoint。streamManager:NettyStreamManager的实例对象,流的管理器,为NettyRpcEnv提供流式服务。transportContext:TransportContext的实例对象clientFactory: 用于构造发送和接收响应的TransportClientfileDownloadFactory: 用于文件下载的独立客户端工厂。这样可以避免使用与主 RPC 上下文相同的 RPC 处理程序,从而将这些客户端引起的事件与主 RPC 流量隔离开来。它还允许对某些属性进行不同的配置,例如每个对等节点的连接数。server:TransportServer,提供高效的底层流媒体服务。ConcurrentHashMap[RpcAddress, Outbox] outboxes:远程地址与Outbox的映射map。startServer(bindAddress: String, port: Int)- 创建一个
TransportServer - 向消息转发器中注册
RpcEndpointVerifier,RpcEndpointVerifier的注册名称为endpoint-verifier,用来校验RpcEndpoint是否存在的RpcEndpoint服务
- 创建一个
send(message: RequestMessage): Unit- 发送消息时,将本地消息交于
InBox,远程消息交于OutBox
- 发送消息时,将本地消息交于
ask[T: ClassTag](message: RequestMessage, timeout: RpcTimeout)- 若请求消息的接收者的地址与当前的
NettyRpcEnv的地址相同,将消息交通过dispatcher.postLocalMessage(message, p)方法处理,p中是成功和失败的回调函数。 - 若请求消息的的接收者的地址与当前的
NettyRpcEnv的地址不同时,将消息通过postToOutbox(message.receiver, rpcMessage)方法处理,主要是将消息放入outbox,然后传输到远程地址上。 - 在方法的最后设定了一个定时器,实现消息请求的超时机制。
- 若请求消息的接收者的地址与当前的
postToOutbox(receiver: NettyRpcEndpointRef, message: OutboxMessage):将消息传到远程节点上- 如果
receiver.client不为空,那么消息将直接通过TransportClient发送到远端节点 - 如果
receiver.client为空,则获取远端结点地址对应的Outbox,若没有则新建一个 - 如果
NettyRpcEnv已经停止,移除该Outbox并停止,否则调用Outbox.send()发送消息。
- 如果
核心类RpcEndpoint
RpcEndpoint是对能够处理RPC请求,给某一特定服务提供本地调用及跨节点调用的RPC组件的抽象,所有运行于RPC框架之上的实体都应该继承RpcEndpoint。
RPC 的RpcEndpoint,它定义了给定消息时要触发的函数。保证按调用顺序为 onStart、receive 和 onStop。RpcEndpoint的生命周期为constructor -> onStart -> receive* -> onStop。receive 可以并发调用。如果希望接收是线程安全的,则需要请使用 ThreadSafeRpcEndpoint。如果 RpcEndpoint 方法(onError 除外)抛出任何错误,onError 将被调用并说明原因。如果 onError 抛出错误,RpcEnv会将忽略。
ThreadSafeRpcEndpoint是继承自RpcEndpoint的特质,需要 RpcEnv 以线程安全方式向其发送消息的特性。主要用于对消息的处理,必须是线程安全的场景。ThreadSafeRpcEndpoint对消息的处理都是串行的,即前一条消息处理完才能接着处理下一条消息。
核心类RpcEndpointRef
远程 RpcEndpoint 的引用。RpcEndpointRef 是线程安全的。用于消息发送方持有并发送消息。
核心成员
maxRetries:最大尝试连接次数。可以通过spark.rpc.numRetries参数指定,默认3次retryWaitMs:每次尝试连接最大等待毫秒值。可以通过spark.rpc.retry.wait,默认3秒defaultAskTimeout:RPC ask操作的超时时间。可以通过spark.rpc.askTimeout,默认120秒address:远程RpcEndpoint引用的地址name:远程RpcEndpoint引用的名称
核心方法
send():发送单向异步信息。只管发送,不管结果。ask()系列:向远程的RpcEndpoint.receiveAndReply()方法发送消息,并带有超时机制的Future。该类方法只发送一次消息,从不重试。askSync()系列:向相应的RpcEndpoint.receiveAndReply发送消息,并在指定超时内获取结果,如果失败则抛出异常。
这是一个阻塞操作,可能会耗费大量时间,因此不要在RpcEndpoint的消息循环中调用它。
NettyRpcEndpointRef是其唯一的继承类。重写了ask()和send()方法,主要是消息封装成RequestMessage,然后通过nettyEnv的ask和send方法将消息发送出去。
客户端发送请求简单示例图
- 若是向本地节点的RpcEndpoint发送消息
- 通过调用
NettyRpcEndpointRef的send()和ask()方法向本地节点的RpcEndpoint发送消息。由于是在同一节点,所以直接调用Dispatcher的postLocalMessage()或postOneWayMessage()方法将消息放入EndpointData内部Inbox的messages中。 InboxMessage放入后Inbox后,Inbox所属的endPointData就会放入receivers一旦receivers中有数据,原本阻塞的MessageLoop就可以取到数据,MessageLoop将调用inbox.process()方法消息的处理。对不同的消息类型调用endpoint的不同回调函数,即完成了消息的处理。
- 通过调用
- 通过调用
NettyRpcEndpointRef的send()和ask()方法向远端节点的RpcEndpoint发送消息。消息将首先被封装为OutboxMessage,然后放入到远端RpcEndpoint的地址所对应的Outbox的messages中。 - 每个
Outbox的drainOutbox()方法通过循环,不断从messages列表中取得OutboxMessage,并通过TransportClient发送,底层依赖Netty。 TransportClient和远端NettyRpcEnv的TransportServer建立了连接后,请求消息首先经过Netty管道的处理,由TransportChannelHandler将消息分发给TransportRequestHandler,最终会调用NettyRpcHandler或StreamManager处理。如果是RPC消息则会调用NettyRpcHandler.receive()方法,之后与第一步所述一致,调用Dispatcher的postRemoteMessage()或``postOneWayMessage()`方法。- 如果
TransportRequestHandler处理的是RpcRequest,那么server端的TransportRequestHandler处理消息时还会对client端进行响应,依赖Netty将响应消息发送给client端。client端接收到消息时由TransportChannelHandler将消息分发给TransportResponseHandler处理。
Spark RPC消息的发送与接收实现
OutboxMessage在客户端使用,是对外发送消息的封装。InboxMessage在服务端使用,是对接收消息的封装。
InboxMessage是一个scala特质类,所有的RPC消息都继承自InboxMessage。下面是继承自InboxMessage的子类
OneWayMessage:RpcEndpoint处理此类型的消息后不需要向客户端回复信息。RpcMessage:RpcEndpoint处理完此消息后需要向客户端回复信息。OnStart:Inbox实例化后,再通知与此Inbox相关联的RpcEndpoint启动。OnStop:Inbox停止后,通知与此Inbox相关联的RpcEndpoint停止。RemoteProcessConnected:告诉所有的RpcEndpoint,有远端的进程已经与当前RPC服务建立了连接。RemoteProcessDisconnected:告诉所有的RpcEndpoint,有远端的进程已经与当前RPC服务断开了连接。RemoteProcessConnectionError:告诉所有的RpcEndpoint,与远端某个地址之间的连接发生了错误。
核心类Inbox
Inbox为RpcEndpoint存储了消息即InboxMessage,并线程安全地发送给RpcEndPoint。
private[netty] class Inbox(val endpointRef: NettyRpcEndpointRef,val endpoint: RpcEndpoint)extends Logging {//相当于给this起了一个别名为inbox,inbox => }
重要的属性
messages:所有的消息以消息盒子的方式,通过LinkedList链式存储enableConcurrent:是否同时允许多线程同时处理消息numActiveThreads:Inbox中正在处理消息的线程数
重要方法
-
post():将InboxMessage投递到box中,从下面的代码可以看出使用了synchronized保证线程安全,如果该box已经关闭,消息将会丢弃。def post(message: InboxMessage): Unit = inbox.synchronized {if (stopped) {// 日志进行warning输出onDrop(message)} else {messages.add(message)false} } -
process():处理存储在messages中的消息。def process(dispatcher: Dispatcher): Unit = {var message: InboxMessage = null// 1.以synchronized进行并发检查,开启并发则取消息,numActiveThreads自增1。inbox.synchronized {if (!enableConcurrent && numActiveThreads != 0) {return}message = messages.poll()if (message != null) {numActiveThreads += 1} else {return}}while (true) {// 安全回调?处理异常的safelyCall(endpoint) {//对不同消息,通过模式匹配进行通过不同的endpoint进行处理message match {case RpcMessage(_sender, content, context) =>try {endpoint.receiveAndReply(context).applyOrElse[Any, Unit](content, { msg =>throw new SparkException(s"Unsupported message $message from ${_sender}")})} catch {case e: Throwable =>context.sendFailure(e)// Throw the exception -- this exception will be caught by the safelyCall function.// The endpoint's onError function will be called.throw e}case OneWayMessage(_sender, content) =>endpoint.receive.applyOrElse[Any, Unit](content, { msg =>throw new SparkException(s"Unsupported message $message from ${_sender}")})case OnStart =>endpoint.onStart()if (!endpoint.isInstanceOf[ThreadSafeRpcEndpoint]) {inbox.synchronized {if (!stopped) {enableConcurrent = true}}}case OnStop =>val activeThreads = inbox.synchronized { inbox.numActiveThreads }assert(activeThreads == 1,s"There should be only a single active thread but found $activeThreads threads.")dispatcher.removeRpcEndpointRef(endpoint)endpoint.onStop()assert(isEmpty, "OnStop should be the last message")case RemoteProcessConnected(remoteAddress) =>endpoint.onConnected(remoteAddress)case RemoteProcessDisconnected(remoteAddress) =>endpoint.onDisconnected(remoteAddress)case RemoteProcessConnectionError(cause, remoteAddress) =>endpoint.onNetworkError(cause, remoteAddress)}}inbox.synchronized {// 调用 `onStop` 后,"enableConcurrent "将被设置为 false,所以需要每次都检查它。if (!enableConcurrent && numActiveThreads != 1) {// 此线程退出,降低并发,最终归于一个线程处理剩下的消息numActiveThreads -= 1return}message = messages.poll()// 没有消息之后,退出当前循环if (message == null) {numActiveThreads -= 1return}}}} -
stop():enableConcurrent赋值为false,保证当前是唯一活跃的线程。并在messages中添加onStop消息。def stop(): Unit = inbox.synchronized {// 优雅关闭,是关闭并发只留一个线程处理消息。确保OnStop为最后一个消息,这样,"RpcEndpoint.onStop "就可以安全地释放资源了。if (!stopped) {enableConcurrent = falsestopped = truemessages.add(OnStop)} }
核心类Dispatcher
Dispatcher负责将RPC消息路由到要该对此消息处理的RpcEndpoint。
内部类
EndpointData:包装一个Inbox类。一个RpcEndpoint与NettyRpcEndpointRef映射关联在一起。即一个Inbox只为一个映射关系服务。MessageLoop:用于转发信息的循环任务类,从receivers中获取有消息的inbox进行处理。
重要属性
endpoints:储存name和EndpointData的映射关系。EndpointData包含了name,RpcEndpoint,NettyRpcEndpointRef和Inbox,采用ConcureentHashMap保证线程安全endpointRefs:储存RpcEndpoint和RpcEndpointRef的映射关系。采用ConcureentHashMap保证线程安全receivers:存储inbox中可能包含message的EndpointData。在MessageLoop中取出并处理消息。使用阻塞队列LinkedBlockingQueue存储。threadpool:用于调度消息的线程池。根据spark.rpc.netty.dispatcher.numThreads创建固定大小的线程池,启动与线程池大小相同个数的MessageLoop任务。
重要方法
registerRpcEndpoint():在调度器中注册endpoint。由name和RpcEndpoint构建NettyRpcEndpointRef,并加入到endpoints,endpointRefs,receivers中postToAll():将message投递到在注册到该Dispatcher的所有RpcEndpoint。postMessage()将message投递到注册到该Dispatcher指定name的RpcEndpoint中,并将EndpointData放入receivers中,该方法中还传入了失败回调函数unregisterRpcEndpoint(),stop():注销所有已注册的RpcEndpoint,从endpoints中移除并在inbox中增加了onstop消息。在receivers中插入哨兵,等待receivers中的所有消息都处理完毕后,关闭线程池。
Dispatcher中的消息处理流程。
postToAll()或者postxx()方法会调用postMessage()方法将InboxMessage放到对应endPointData里inbox的messages列表(调用inbox.post())InboxMessage放入后inbox后,inbox所属的endPointData就会放入receivers- 一旦
receivers中有数据,原本阻塞的MessageLoop就可以取到数据,因为receivers是一个阻塞队列 MessageLoop将调用inbox.process()方法消息的处理。利用模式匹配,对不同的消息类型调用endpoint的不同回调函数,即完成了消息的处理。
核心类Outbox
OutboxMessage是一个特质,内部只有未实现的SendWith方法和onFailure方法。OneWayOutboxMessage和RpcOutboxMessage都继承自OutboxMessage特质,实现的SendWith通过调用TransportClient的sendRpc()方法发送信息,其中RpcOutboxMessage还增加了超时和发送成功的回调方法。
Outbox的重要属性
messages: 保存要发送的OutboxMessage。LinkedList类型,线程不安全client:TransportClientstopped: 当前Outbox是否停止的标识draining: 表示当前Outbox内正有线程在处理messages中消息的状态
重要方法
-
send():将要发送的OutboxMessage首先保存到成员变量链表messages中,若Outbox未停止则调用drainOutbox()方法处理messages中的信息。因为messages是LinkedList类型,线程不安全,所以在添加和删除时使用了同步机制。之后调用了私有的drainOutbox()方法发送消息。发送信息。如果没有活动连接,则缓存并启动新连接。如果[[发件箱]]被停止,发送者将收到[[SparkException]]通知。def send(message: OutboxMessage): Unit = {val dropped = synchronized {if (stopped) {true} else {messages.add(message)false}}if (dropped) {message.onFailure(new SparkException("Message is dropped because Outbox is stopped"))} else {drainOutbox()}} -
drainOutbox():先判断是否已停止,client是否空等前置条件。取出一条消息,并将draining置为true,接下来将messages中所有消息调用sendWith()方法发送。耗尽消息队列。如果有其他线程正在排空,则直接退出。如果尚未建立连接,则在nettyEnv.clientConnectionExecutor中启动一个任务来建立连接。 -
launchConnectTask(): 初始化client -
stop():停止Outbox- 将
Outbox的停止状态stopped置为true - 关闭
TransportClient - 清空
messages中的消息
- 将
之所以要使用这种机制来发消息,是保证并发发送消息时,所有消息依次添加到Outbox中,并依次传输,同时不会阻塞send()方法