Dubbo原理和原始碼解析之服務引用

chuixue24發表於2020-12-11

原始碼

github新增倉庫 "dubbo-read"（點此檢視），集合所有《Dubbo原理和原始碼解析》系列文章，後續將繼續補充該系列，同時將針對Dubbo所做的功能擴充套件也進行分享。不定期更新，歡迎Follow。

一、框架設計

在官方《Dubbo 開發指南》框架設計部分，給出了引用服務時序圖：

另外，在官方《Dubbo 使用者指南》叢集容錯部分，給出了服務引用的各功能元件關係圖：

本文將根據以上兩張圖，分析服務引用的實現原理，並進行詳細的程式碼跟蹤與解析。

二、原理和原始碼解析

2.1 建立代理

Dubbo 基於 Spring 的 Schema 擴充套件實現 XML 配置解析，DubboNamespaceHandler 會將 <dubbo:reference> 標籤解析為 ReferenceBean，ReferenceBean 實現了 FactoryBean，因此當它在程式碼中有引用時，會呼叫 ReferenceBean#getObject() 方法進入節點註冊和服務發現流程。

ReferenceBean.java

public Object getObject() throws Exception {
    return get();
}

ReferenceConfig.java

public synchronized T get() {
    if (destroyed){
        throw new IllegalStateException("Already destroyed!");
    }
    if (ref == null) {
        init();
    }
    return ref;
}

private void init() {
    //.......忽略
    ref = createProxy(map);
}


private T createProxy(Map<String, String> map) {
    //.....忽略
    invoker = refprotocol.refer(interfaceClass, urls.get(0));
    //.....忽略
    // 建立服務代理
    return (T) proxyFactory.getProxy(invoker);
}

2.2 服務發現

因為通過註冊中心，因此在 ReferenceConfig.java#createProxy() 方法中，進入 RegistryProtocol.java#refer() 方法。

RegistryProtocol.java

private Cluster cluster;

public void setCluster(Cluster cluster) {
    this.cluster = cluster;
}

private <T> Invoker<T> doRefer(Cluster cluster, Registry registry, Class<T> type, URL url) {
    RegistryDirectory<T> directory = new RegistryDirectory<T>(type, url);
    directory.setRegistry(registry);
    directory.setProtocol(protocol);
    URL subscribeUrl = new URL(Constants.CONSUMER_PROTOCOL, NetUtils.getLocalHost(), 0, type.getName(), directory.getUrl().getParameters());
    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)));
    }
    directory.subscribe(subscribeUrl.addParameter(Constants.CATEGORY_KEY, 
            Constants.PROVIDERS_CATEGORY 
            + "," + Constants.CONFIGURATORS_CATEGORY 
            + "," + Constants.ROUTERS_CATEGORY));
    return cluster.join(directory);
}

RegistryDirectory 通過 RegistryDirectory#subscribeUrl() 向 Zookeeper 訂閱服務節點資訊並 watch 變更，這樣就實現了服務自動發現。

2.3 Invoker選取

2.3.1 Cluster

上面我之所以把設定 Cluster 的程式碼貼上，是因為此處涉及到一個 Dubbo 服務框架核心的概念——微核心和外掛機制（此處會單獨一篇文章詳細介紹）：

有關 Dubbo 的設計原則，請檢視Dubbo《一些設計上的基本常識》。

Cluster 類的定義如下：

Cluster.java

@SPI(FailoverCluster.NAME)
public interface Cluster {

    /**
     * Merge the directory invokers to a virtual invoker.
     */
    @Adaptive
    <T> Invoker<T> join(Directory<T> directory) throws RpcException;
}

cluster 的型別是 Cluster$Adaptive，實際上是一個通用的代理類，它會根據 URL 中的 cluster 引數值定位到實際的 Cluster 實現類（預設是 FailoverCluster）。由於 ExtensionLoader 在例項化物件時，會在例項化完成之後自動套上 Wrapper 類，而 MockerClusterWrapper 就是這樣一個 Wrapper。

MockerClusterWrapper.java

public class MockClusterWrapper implements Cluster {

    private Cluster cluster;

    public MockClusterWrapper(Cluster cluster) {
        this.cluster = cluster;
    }

    public <T> Invoker<T> join(Directory<T> directory) throws RpcException {
        return new MockClusterInvoker<T>(directory, this.cluster.join(directory));
    }
}

也就是說，例項化出來的 FailoverCluster 會作為引數賦予 MockerClusterWrapper#cluster，而 MockClusterWrapper 會作為引數賦予 RegistryProtocol#cluster。因此 RegistryProtocol#doRefer() 中呼叫 cluster.join(directory) 實際上是呼叫的 MockClusterWrapper#join(directory)。使用這種機制，可以把一些公共的處理放在 Wrapper 類中，實現程式碼和功能收斂。

MockClusterInvoker.java

public Result invoke(Invocation invocation) throws RpcException {
    Result result = null;
    
    String value = directory.getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(),
                             Constants.MOCK_KEY, Boolean.FALSE.toString()).trim(); 
    if (value.length() == 0 || value.equalsIgnoreCase("false")){
        //no mock
        result = this.invoker.invoke(invocation);
    } else if (value.startsWith("force")) {
        if (logger.isWarnEnabled()) {
            logger.info("force-mock: " + invocation.getMethodName() + 
                        " force-mock enabled , url : " +  directory.getUrl());
        }
        //force:direct mock
        result = doMockInvoke(invocation, null);
    } else {
        //fail-mock
        try {
            result = this.invoker.invoke(invocation);
        }catch (RpcException e) {
            if (e.isBiz()) {
                throw e;
            } else {
                if (logger.isWarnEnabled()) {
                    logger.info("fail-mock: " + invocation.getMethodName() + 
                            " fail-mock enabled , url : " +  directory.getUrl(), e);
                }
                //fail:mock
                result = doMockInvoke(invocation, e);
            }
        }
    }
    return result;
}

這裡還涉及到 Dubbo 另外一個核心機制——Mock。Mock 可以在測試中模擬服務呼叫的各種異常情況，還用來實現服務降級。從 MockClusterWrapper.join() 方法可知，實際建立的 ClusterInvoker 是封裝了 FailoverClusterInvoker 的 MockerClusterInvoker。

在 MockerClusterInvoker 中，呼叫之前 Dubbo 會先檢查 URL 中是否有 mock 引數（通過服務治理後臺 Consumer 端的遮蔽和容錯進行設定，或者直接動態設定 mock 引數值），如果存在且以 force 開頭，則不發起遠端呼叫直接執行降級邏輯；如果存在且以 fail 開頭，則在遠端呼叫異常時才會執行降級邏輯。

因此，通過 MockerClusterWrapper 成功地在 Invoker 中植入了 Mock 機制。

2.3.2 Directory

在 RegistryProtocol#doRefer() 中可以看到，服務發現過程是通過 RegistryDirectory 向 Zookeeper 訂閱來實現的。先看看 Directory 類之間的關係：

看下 Directory 介面的定義：

Directory.java

public interface Directory<T> extends Node {
    
    Class<T> getInterface();

    List<Invoker<T>> list(Invocation invocation) throws RpcException;
}

Directory 可以看做是對應 Interface 的 Invoker 列表，而這個列表可能是動態變化的，比如註冊中心推送變更。

通過 ReferenceConfig#createProxy() 方法可知，StaticDirectory 主要用於多註冊中心引用的場景，它的 invoker 列表是通過引數傳入的、固定的。在此不做更詳細的解析了。

RegistryDirectory 用於使用單註冊中心發現服務的場景。RegistryDirectory 沒有重寫 list() 方法，所以使用 AbstractDirectory#list() 方法：

AbstractDirectory.java

public List<Invoker<T>> list(Invocation invocation) throws RpcException {
    if (destroyed) {
        throw new RpcException("Directory already destroyed .url: " + getUrl());
    }
    List<Invoker<T>> invokers = doList(invocation);
    List<Router> localRouters = this.routers; // local reference
    if (localRouters != null && !localRouters.isEmpty()) {
        for (Router router : localRouters) {
            try {
                if (router.getUrl() == null || 
                         router.getUrl().getParameter(Constants.RUNTIME_KEY, false)) {
                    invokers = router.route(invokers, getConsumerUrl(), invocation);
                }
            } catch (Throwable t) {
                logger.error("Failed to execute router: " + getUrl() + 
                              ", cause: " + t.getMessage(), t);
            }
        }
    }
    return invokers;
}

RegistryDirectory.java

/**
 * 獲取 invoker 列表
 */
public List<Invoker<T>> doList(Invocation invocation) {
    if (forbidden) {
        throw new RpcException(RpcException.FORBIDDEN_EXCEPTION, "Forbid consumer " +
                      NetUtils.getLocalHost() + " access service " + getInterface().getName() + 
                      " from registry " + getUrl().getAddress() + " use dubbo version " +
                       Version.getVersion() + 
                       ", Please check registry access list (whitelist/blacklist).");
    }
    List<Invoker<T>> invokers = null;
    Map<String, List<Invoker<T>>> localMethodInvokerMap = this.methodInvokerMap;  //本地快取
    if (localMethodInvokerMap != null && localMethodInvokerMap.size() > 0) {
        String methodName = RpcUtils.getMethodName(invocation);
        //根據方法名從本地快取中獲取invoker列表，此處略
        //……
    }
    return invokers == null ? new ArrayList<Invoker<T>>(0) : invokers;
}


/**
 * 節點變更通知
 */
public synchronized void notify(List<URL> urls) {
    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();
        String category = url.getParameter(Constants.CATEGORY_KEY, Constants.DEFAULT_CATEGORY);
        if (Constants.ROUTERS_CATEGORY.equals(category) 
                || Constants.ROUTE_PROTOCOL.equals(protocol)) {
            routerUrls.add(url);
        } else if (Constants.CONFIGURATORS_CATEGORY.equals(category) 
                || Constants.OVERRIDE_PROTOCOL.equals(protocol)) {
            configuratorUrls.add(url);
        } else if (Constants.PROVIDERS_CATEGORY.equals(category)) {
            invokerUrls.add(url);
        } else {
            logger.warn("Unsupported category " + category + " in notified url: " + 
                        url + " from registry " + getUrl().getAddress() + 
                        " to consumer " + NetUtils.getLocalHost());
        }
    }
    // configurators 
    if (configuratorUrls != null && configuratorUrls.size() >0 ){
        this.configurators = toConfigurators(configuratorUrls);
    }
    // routers
    if (routerUrls != null && routerUrls.size() >0 ){
        List<Router> routers = toRouters(routerUrls);
        if(routers != null){ // null - do nothing
            setRouters(routers);
        }
    }
    List<Configurator> localConfigurators = this.configurators; // local reference
    // 合併override引數
    this.overrideDirectoryUrl = directoryUrl;
    if (localConfigurators != null && localConfigurators.size() > 0) {
        for (Configurator configurator : localConfigurators) {
            this.overrideDirectoryUrl = configurator.configure(overrideDirectoryUrl);
        }
    }
    // providers
    refreshInvoker(invokerUrls);
}


/**
 * 根據invokerURL列表轉換為invoker列表
 */
private void refreshInvoker(List<URL> invokerUrls){
    //......
    Map<String, Invoker<T>> newUrlInvokerMap = toInvokers(invokerUrls) ;// 將URL列表轉成Invoker列表
    //......
}


/**
 * 合併url引數 順序為override > -D >Consumer > Provider
 */
private Map<String, Invoker<T>> toInvokers(List<URL> urls) {
    //......
    URL url = mergeUrl(providerUrl);
    //......
}

在 dolist() 方法中，如果通過服務治理禁止 Consumer 訪問的話，此處直接丟擲響應的異常。

RegistryDirectory 實現了 NotifyListener，在 ZK 節點變化時能收到通知更新記憶體快取，其中 RegistryDirectory#mergeUrl() 方法中會按照優先順序合併引數（動態配置在此處生效）。

服務引用時從記憶體快取中獲取並返回invoker列表，並根據路由規則再進行一次過濾。

2.3.3 Router

Router 的作用就是從 Directory 的 invoker 列表中刷選出符合路由規則的 invoker 子集。目前 Dubbo 提供了基於IP、應用名和協議等的靜態路由功能，功能和實現比較簡單，在此不做過多解釋。

2.3.4 LoadBalance

通過 Direcotry 和 Router 之後，返回的是可用的 invoker 子集；在發起服務呼叫時，需要通過 LoadBalance 選擇最終的一個目標 invoker。

在上面的 Cluster 章節中我們知道，呼叫時首先會經過 MockerClusterInvoker 攔截 Mock 設定，然後再根據配置呼叫實際的 Invoker（預設是 FailoverClusterInvoker）。

FailoverClusterInvoker 繼承 AbstractClusterInvoker，在 AbstractClusterInvoker 中：

AbstractClusterInvoker.java

public Result invoke(final Invocation invocation) throws RpcException {

    checkWheatherDestoried();

    LoadBalance loadbalance;
    
    List<Invoker<T>> invokers = list(invocation);
    if (invokers != null && invokers.size() > 0) {
        loadbalance = ExtensionLoader.getExtensionLoader(LoadBalance.class)
                     .getExtension(invokers.get(0).getUrl()
                     .getMethodParameter(invocation.getMethodName(),
                                         Constants.LOADBALANCE_KEY, 
                                         Constants.DEFAULT_LOADBALANCE));
    } else {
        loadbalance = ExtensionLoader.getExtensionLoader(LoadBalance.class)
                     .getExtension(Constants.DEFAULT_LOADBALANCE);
    }
    RpcUtils.attachInvocationIdIfAsync(getUrl(), invocation);
    return doInvoke(invocation, invokers, loadbalance);
}

FailoverClusterInvoker.java

public Result doInvoke(Invocation invocation, final List<Invoker<T>> invokers, LoadBalance loadbalance) throws RpcException {
    List<Invoker<T>> copyinvokers = invokers;
    checkInvokers(copyinvokers, invocation);
    int len = getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(), 
                       Constants.RETRIES_KEY, Constants.DEFAULT_RETRIES) + 1;
    if (len <= 0) {
        len = 1;
    }
    // retry loop.
    RpcException le = null; // last exception.
    List<Invoker<T>> invoked = new ArrayList<Invoker<T>>(copyinvokers.size());
    Set<String> providers = new HashSet<String>(len);
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        //重試時，進行重新選擇，避免重試時invoker列表已發生變化.
        //注意：如果列表發生了變化，那麼invoked判斷會失效，因為invoker示例已經改變
        if (i > 0) {
            checkWheatherDestoried();
            copyinvokers = list(invocation);
            //重新檢查一下
            checkInvokers(copyinvokers, invocation);
        }
        Invoker<T> invoker = select(loadbalance, invocation, copyinvokers, invoked);
        invoked.add(invoker);
        RpcContext.getContext().setInvokers((List)invoked);
        try {
            Result result = invoker.invoke(invocation);
            if (le != null && logger.isWarnEnabled()) {
                logger.warn("", le);
            }
            return result;
        } catch (RpcException e) {
            if (e.isBiz()) { // biz exception.
                throw e;
            }
            le = e;
        } catch (Throwable e) {
            le = new RpcException(e.getMessage(), e);
        } finally {
            providers.add(invoker.getUrl().getAddress());
        }
    }
    throw new RpcException();
}

在呼叫或重試時，每次都通過 LoadBalance 選出一個 Invoker 進行呼叫。

至此，呼叫流程結束。

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