一、Listener
Listener執行緒，當Server處於執行狀態時，其負責監聽來自客戶端的連線，並使用Select模式處理Accept事件。
同時，它開啟了一個空閒連線（Idle Connection）處理例程，如果有過期的空閒連線，就關閉。這個例程通過一個計時器來實現。
當select操作呼叫時，它可能會阻塞，這給了其它執行緒執行的機會。當有accept事件發生，它就會被喚醒以處理全部的事件，處理事件是進行一個doAccept的呼叫。
doAccept：
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void doAccept(SelectionKey key) throws InterruptedException, IOException, OutOfMemoryError { ServerSocketChannel server = (ServerSocketChannel) key.channel(); SocketChannel channel; while ((channel = server.accept()) != null) { channel.configureBlocking(false); channel.socket().setTcpNoDelay(tcpNoDelay); channel.socket().setKeepAlive(true); Reader reader = getReader(); Connection c = connectionManager.register(channel); key.attach(c); // so closeCurrentConnection can get the object reader.addConnection(c); } } |
由於多個連線可能同時發起申請，所以這裡採用了while迴圈處理。
這裡最關鍵的是設定了新建立的socket為非阻塞，這一點是基於效能的考慮，非阻塞的方式儘可能的讀取socket接收緩衝區中的資料，這一點保證了將來會呼叫這個socket進行接收的Reader和進行傳送的Responder執行緒不會因為傳送和接收而阻塞，如果整個通訊過程都比較繁忙，那麼Reader和Responder執行緒的就可以儘量不阻塞在I/O上，這樣可以顯著減少執行緒上下文切換的次數，提高cpu的利用率。
最後，獲取了一個Reader，將此連線加入Reader的緩衝佇列，同時讓連線管理器監視並管理這個連線的生存期。
獲取Reader的方式如下：
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//最簡單的負載均衡 Reader getReader() { currentReader = (currentReader + 1) % readers.length; return readers[currentReader]; } |
二、Reader
當一個新建立的連線被加入Reader的緩衝佇列pendingConnections之後，Reader也被喚醒，以處理此連線上的資料接收。
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public void addConnection(Connection conn) throws InterruptedException { pendingConnections.put(conn); readSelector.wakeup(); } |
Server中配置了多個Reader執行緒，顯然是為了提高併發服務連線的能力。
下面是Reader的主要邏輯：
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while(true) { ... //取出一個連線，可能阻塞 Connection conn = pendingConnections.take(); //向select註冊一個讀事件 conn.channel.register(readSelector, SelectionKey.OP_READ, conn); ... //進行select，可能阻塞 readSelector.select(); ... //依次讀取資料 for(keys){ doRead(key); } ... } |
當Server還在執行時，Reader執行緒儘可能多地處理緩衝佇列中的連線，註冊每一個連線的READ事件，採用select模式來獲取連線上有資料接收的通知。當有資料需要接收時，它盡最大可能讀取select返回的連線上的資料，以防止Listener執行緒因為沒有執行時間而發生飢餓（starving）。
如果Listener執行緒飢餓，造成的結果是併發能力急劇下降，來自客戶端的新連線請求超時或無法建立。
注意在從緩衝佇列中獲取連線時，Reader可能會發生阻塞，因為它採用了LinkedBlockingQueue類中的take方法，這個方法在佇列為空時會阻塞，這樣Reader執行緒得以阻塞，以給其它執行緒執行的時間。
Reader執行緒的喚醒時機有兩個：
Listener建立了新連線，並將此連線加入1個Reader的緩衝佇列;
select呼叫返回。
在Reader的doRead呼叫中,其主要呼叫了readAndProcess方法，此方法迴圈處理資料，接收資料包的頭部、上下文頭部和真正的資料。
這個過程中值得一提的是下面的這個channelRead方法：
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private int channelRead(ReadableByteChannel channel, ByteBuffer buffer) throws IOException { int count = (buffer.remaining() <= NIO_BUFFER_LIMIT) ? channel.read(buffer) : channelIO(channel, null, buffer); if (count > 0) { rpcMetrics.incrReceivedBytes(count); } return count; } |
channelRead會判斷資料接收陣列buffer中的剩餘未讀資料，如果大於一個臨界值NIO_BUFFER_LIMIT，就採取分片的技巧來多次地讀，以防止jdk對large buffer採取變為direct buffer的優化。
這一點，也許是考慮到direct buffer在建立時會有一些開銷，同時在jdk1.6之前direct buffer不會被GC回收，因為它們分配在JVM的堆外的記憶體空間中。
到底這樣優化的效果如何，沒有測試，也就略過。也許是為了減少GC的負擔。
在Reader讀取到一個完整的RpcRequest包之後，會呼叫processOneRpc方法，此呼叫將進入業務邏輯環節。這個方法，會從接受到的資料包中，反序列化出RpcRequest的頭部和資料，依此構造一個RpcRequest物件，設定客戶端需要的跟蹤資訊（trace info），然後構造一個Call物件，如下圖所示：
此後，在Handler處理時，就以Call為單位，這是一個包含了與連線相關資訊的封裝物件。
有了Call物件後，將其加入Server的callQueue佇列，以供Handler處理。因為採用了put方法，所以當callQueue滿時（Handler忙），Reader會發生阻塞，如下所示：
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callQueue.put(call); // queue the call; maybe blocked here |
三、Handler
Handler就是根據rpc請求中的方法（Call）及引數，來呼叫相應的業務邏輯介面來處理請求。
一個Server中有多個Handler,對應多個業務介面，本篇不討論具體業務邏輯。
handler的邏輯基本如下（略去異常和其它次要資訊）：
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public void run() { SERVER.set(Server.this); ByteArrayOutputStream buf = new ByteArrayOutputStream(INITIAL_RESP_BUF_SIZE); while (running) { try { final Call call = callQueue.take(); // pop the queue; maybe blocked here CurCall.set(call); try { if (call.connection.user == null) { value = call(call.rpcKind, call.connection.protocolName, call.rpcRequest, call.timestamp); } else { value = call.connection.user.doAs(...); } } catch (Throwable e) { //略 ... } CurCall.set(null); synchronized (call.connection.responseQueue) { responder.doRespond(call); } } |
可見，Handler從callQueue中取出一個Call，然後呼叫這個Server.call方法，最後呼叫Responder的doResponde方法將結果傳送給客戶端。
Server.call方法：
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public Writable call(RPC.RpcKind rpcKind, String protocol, Writable rpcRequest, long receiveTime) throws Exception { return getRpcInvoker(rpcKind).call(this, protocol, rpcRequest, receiveTime); } |
四、Responder
一個Server只有1個Responder執行緒。
此執行緒不斷進行如下幾個重要呼叫以和Handler協調併傳送資料：
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//這個wait是同步作用，具體見下面分析 waitPending(); ... //開始select，或許會阻塞 writeSelector.select(PURGE_INTERVAL); ... //如果selectKeys有資料，就依次非同步傳送資料 for(selectorKeys){ doAsyncWrite(key); } ... //當到達丟棄時間，會從selectedKeys構造calls，並依次丟棄 for(Call call : calls) { doPurge(call, now); } |
當Handler呼叫doRespond方法後，handler處理的結果被加入responseQueue的隊尾，而不是立即傳送回客戶端：
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void doRespond(Call call) throws IOException { synchronized (call.connection.responseQueue) { call.connection.responseQueue.addLast(call); if (call.connection.responseQueue.size() == 1) { //注意這裡isHandler = true,表示可能會向select註冊寫事件以在Responder主迴圈中通過select處理資料傳送 processResponse(call.connection.responseQueue, true); } } } |
上面的synchronized 可以看出，responseQueue是爭用資源，相應的：
Handler是生產者，將結果加入佇列；
Responder是消費者，從佇列中取出結果併傳送。
processResponse將啟動Responder進行傳送，首先從responseQueue中以非阻塞方式取出一個call，然後以非阻塞方式盡力傳送call.rpcResponse，如果傳送完畢，則返回。
當還有剩餘資料未傳送，將call插入佇列的第一個位置，由於isHandler引數，在來自Handler的呼叫中傳入為true，所以會喚醒writeSelector，並註冊一個寫事件，其中incPending()方法，是為了在向selector註冊寫事件時，阻塞Responder執行緒，後面有分析。
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call.connection.responseQueue.addFirst(call); if (inHandler) { // set the serve time when the response has to be sent later call.timestamp = Time.now(); incPending(); try { // Wakeup the thread blocked on select, only then can the call // to channel.register() complete. writeSelector.wakeup(); channel.register(writeSelector, SelectionKey.OP_WRITE, call); } catch (ClosedChannelException e) { //Its ok. channel might be closed else where. done = true; } finally { decPending(); } } |
再回到Responder的主迴圈，看看如果向select註冊了寫事件會發生什麼：
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//執行這句時，如果Handler呼叫的responder.doResonde()正在向select註冊寫事件，這裡就會阻塞 //目的很顯然，是為了下句的select能獲取資料並立即返回，這就減少了阻塞發生的次數 waitPending(); // If a channel is being registered, wait. //這裡用超時阻塞來select,是為了能夠在沒有資料傳送時，定期喚醒，以處理長期未得到處理的Call writeSelector.select(PURGE_INTERVAL); Iterator<SelectionKey> iter = writeSelector.selectedKeys().iterator(); while (iter.hasNext()) { SelectionKey key = iter.next(); iter.remove(); try { if (key.isValid() && key.isWritable()) { //非同步傳送 doAsyncWrite(key); } } catch (IOException e) { LOG.info(Thread.currentThread().getName() + ": doAsyncWrite threw exception " + e); } } |
重點內容都做了註釋，不再贅述。可以看出，既考慮同步，又考慮效能，這是值得學習的地方。
五、總結
本篇著重分析了hadoop的rpc呼叫中server部分，可以看出，這是一個精良的設計，考慮的很細。
關於同步：
Listener生產，Reader消費；Reader生產，Handler消費，Handler生產，Responder消費。
所以它們之間必須同步.在具體的hadoop實現中，既有利用BlockingQueue的put&take操作實現阻塞，以達到同步目的，也對爭用資源使用synchronized來實現同步。
關於緩衝：
其中幾個緩衝佇列也值得關注.Server的併發請求會特別多，而Handler在執行call進行業務邏輯時，肯定會慢下來，所以必須建立請求和處理之間的緩衝。
另外，處理和傳送之間也同樣會出現速率不匹配的現象，同樣需要緩衝。
關於執行緒模型：
Listener單執行緒，Reader多執行緒，Handler多執行緒，Responder單執行緒，為什麼會這樣設計？
Listener採用select模式處理accept事件，一個客戶端在一段時間內一般只建立有限次的連線，而且連線的建立是比較快的，所以單執行緒足夠應付，建立後直接丟給Reader，從而自己很從容地應付新連線。
Handler多執行緒，業務邏輯是大頭，又很大可能會牽涉I/O密集(HDFS)，如果執行緒少，耗時過長的業務邏輯可能就會讓大部分的Handler執行緒處於阻塞，這樣輕快的業務邏輯也必須排隊，可能會發生飢餓。如果Reader收集的請求佇列長時間處於滿的狀態，整個通訊必然惡化，所以這是典型的需要降低響應時間、提升吞吐量的高併發時刻，這個時刻的上下文切換是必須的，不糾結，併發為重。
Responder是單執行緒，顯然，Responder會比較輕鬆，因為雖然請求很多，但經過Reader->Handler的緩衝和Handler的處理，上一批能傳送完的結果已經傳送了。Responder更多的是蒐集並處理那些長結果，並通過高效select模式來獲取結果併傳送。
這裡，Handler在業務邏輯呼叫完畢直接呼叫了responder.doRespond傳送，是因為這是個立即返回的呼叫，這個呼叫的耗時是很少的，所以不必讓Handler因為傳送而阻塞，進一步充分發揮了Handler多執行緒的能力，減少了執行緒切換的機會，強調了其多執行緒併發的優勢，同時又為responder減負，以增強Responder單執行緒作戰的信心。
關於鎖
對Hadoop來講，因為同步需求，所以加鎖是必不可少的。效能是需要考慮，但是從工程的角度上來看，通訊層的穩定性、程式碼可維護性、保持程式碼結構的相對簡單性（其程式碼因歷史原因已非常複雜），大部分採用了synchronized這種悲觀得、重型的加鎖方式，這樣，可以顯著減少物件之間同步的複雜性，減少錯誤的發生。
六、（補充）RpcServer 執行緒模型
NameNode啟動過程：
執行緒模型
Listener 1個：
- 監聽並接受來自客戶端的連線.將新建連線放入pendingConnections.
- 清理空閒連線.
- 喚醒Reader.
Reader N個 : 從pendingConnections中獲取連線，讀取資料，從RpcRequest構造Call，並放入callQueue.
Handler N 個：
- 從callQueue獲取客戶端呼叫call，並執行.
- 呼叫Responder，將結果加入responseQueue的尾部.這裡會呼叫一次傳送.如果資料未傳送完，註冊
WRITE事件到selector.並喚醒Responder.
Responder 1個：
- 從responseQueue中按照FIFO順序傳送資料.
- 處理
selectorselect出的資料. - 掃描callQueue,並丟棄過期的Call.
- 終.