数据库路由中间件MyCat - 源代码篇

Posted 2021-01-16 163yun

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进入了源代码篇，我们先从整体入手，之后拿一个简单流程前端连接建立与认证作为例子，理清代码思路和设计模式。然后，针对每一个重点模块进行分析。 

1. 整体通信与业务框架：

前端与后端通信框架都为NIO/AIO，因为目前生产上用的linux发行版内核都没有真正实现网络上的AIO，如果应用用AIO的话可能比NIO还要慢一些，所以，我们这里只分析NIO相关的通信模块。 

1. NIOAcceptor：作为服务器接受客户端连接（前端NIO通信）

2. NIOConnector：作为客户端去连接后台数据库（mysql，后端NIO通信）

3. NIOReactor：Reactor模式的NIO，处理并转发请求到RW线程，其实就是把对应AbstractConnection（就是NIO的channel的封装）注册到RW线程的selector上，只注册读标记；原因之后细讲

4. NIOReactorPool：一般高性能网络通信框架采用多Reactor（多dispatcher）模式，这里将NIOReactor池化；每次NIOConnector接受一个连接或者NIOAcceptor请求一个连接，都会封装成AbstractConnection，同时请求NIOReactorPool每次轮询出一个NIOReactor，之后AbstractConnection与这个NIOReactor绑定（就是3之中说的注册）。

5. RW：RW线程，负责执行NIO的channel读写，这里channel封装成了AbstractConnection

6. NiosocketWR：每个前端和后端连接都有一个对应的缓冲区，对连接读写操作具体如何操作的方法和缓存方式，封装到了这个类里面。

通过上面的分析，我们大致知道了通信是由谁负责的了，但是为什么NIOReactor只注册读标记？还有网络通信channel（之后的文章我们就都用AbstractConnection代替了）读写有线程执行了，但是中间的业务步骤，比如SQL拦截，SQL解析还有结果合并是谁执行呢？然后，还有些定时的任务，比如检查心跳连接等，如何执行呢？ 首先，Reactor不会主动驱动写请求，写请求只会由业务步骤和定时任务触发。首先看，Reactor与前端AbstractConnection还有后端AbstractConnection，接收到的请求有两种，前端的SQL请求，还有后端的结果。但是这两种都不能直接转发，前端的SQL请求需要经过SQL解析等业务步骤才能写到后端，后端的结果也需要经过业务处理才能写到前端。所以只要执行业务步骤的线程去注册写标记，Reactor只要在检查到写标记后去写之后取消标记即可。定时任务同理。 那么谁去执行业务请求呢？MyCat会初始化一个BusinessExecutor线程池去处理业务请求，这个BusinessExecutor接受Reactor调度，定时任务由一个Timer线程调度并由一个TimerExecutor线程池执行。 整体结构如下所示，所有椭圆形的图形是线程或者进程（省略了很多，比如缓冲、缓存、连接以及对应的管理，这些之后会细细介绍）：

2. 前端连接建立与认证

mysql客户端连接mysql服务器抓包：流程是：

Title:MySql连接建立以及认证过程client->MySql:1.TCP连接请求 
MySql->client:2.接受TCP连接client->MySql:3.TCP连接建立MySql->client:4.握手包HandshakePacketclient->MySql:5.认证包AuthPacketMySql->client:6.如果验证成功，则返回OkPacketclient->MySql:7.默认会发送查询版本信息的包MySql->client:8.返回结果包

在之后的协议分析，我们会深入每一个包进行分析

2.1 （1~3）TCP连接请求->接受TCP连接->TCP连接建立

首先，接受TCP连接（为了三次握手，上面流程的前三个包）需要通过NIOAcceptor实现，NIOAcceptor主要完成绑定端口，注册OP_ACCEPT监听客户端连接事件，有客户连接，则放接受连接，将返回的channel封装成为FrontendConnection（AbstarctConnection的子类），从NIOReactorPool中拿出一个NIOReactor并将FrontendConnection交给它绑定。 到此，NIOAcceptor就处理完一个客户端的连接请求。

public NIOAcceptor(String name, String bindIp, int port,
                       FrontendConnectionFactory factory, NIOReactorPool reactorPool)
            throws IOException {        super.setName(name);        this.port = port;        this.selector = Selector.open();        this.serverChannel =  ServerSocketChannel.open();        this.serverChannel.configureBlocking(false);        //设置TCP属性 
        serverChannel.setOption(StandardSocketOptions.SO_REUSEADDR, true);
        serverChannel.setOption(StandardSocketOptions.SO_RCVBUF, 1024 * 16 * 2);        // backlog=100
        serverChannel.bind(new InetSocketAddress(bindIp, port), 100);        //注册OP_ACCEPT，监听客户端连接
        this.serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);        //FrontendConnectionFactory,用来封装channel成为FrontendConnection
        this.factory = factory;        //NIOReactor池
        this.reactorPool = reactorPool;
    }

构造器读取ip，端口，前端连接工厂和NIOReactor池，初始化TCP参数，并bind，在selector上注册OP_ACCEPT。 在NIOAcceptor启动后：

@Override
    public void run() {        final Selector tSelector = this.selector;        for (; ; ) {
            ++acceptCount;            try {                //轮询发现新连接请求
                tSelector.select(1000L);
                Set<SelectionKey> keys = tSelector.selectedKeys();                try {                    for (SelectionKey key : keys) {                        if (key.isValid() && key.isAcceptable()) {                            //接受连接操作
                            accept();
                        } else {
                            key.cancel();
                        }
                    }
                } finally {
                    keys.clear();
                }
            } catch (Exception e) {
                LOGGER.warn(getName(), e);
            }
        }
    }

NIOAcceptor这个线程不断轮询接受新的客户端连接请求，接受连接操作：

private void accept() {
        SocketChannel channel = null;        try {            //得到通信channel并设置为非阻塞
            channel = serverChannel.accept();
            channel.configureBlocking(false);            //封装channel为FrontendConnection
            FrontendConnection c = factory.make(channel);
            c.setAccepted(true);
            c.setId(ID_GENERATOR.getId());            //利用NIOProcessor管理前端链接，定期清除空闲连接，同时做写队列检查
            NIOProcessor processor = (NIOProcessor) MycatServer.getInstance()
                    .nextProcessor();
            c.setProcessor(processor);            //和具体执行selector响应感兴趣事件的NIOReactor绑定
            NIOReactor reactor = reactorPool.getNextReactor();
            reactor.postRegister(c);

        } catch (Exception e) {
            LOGGER.warn(getName(), e);
            closeChannel(channel);
        }
    }

NIOProcessor持有所有的前后端连接，里面有空闲检查和写队列检查。RW线程，TimerExecutor线程池会执行里面的方法来实现空闲写入和定时连接检查等等。之后我还会详细介绍。 关闭Channel方法以及生成连接id方法很简单，就不加注释和赘述了。下面是他们的源代码：

private static void closeChannel(SocketChannel channel) {        if (channel == null) {            return;
        }
        Socket socket = channel.socket();        if (socket != null) {            try {
                socket.close();
            } catch (IOException e) {
                LOGGER.error("closeChannelError", e);
            }
        }        try {
            channel.close();
        } catch (IOException e) {
            LOGGER.error("closeChannelError", e);
        }
    }    /**
     * 前端连接ID生成器
     *
     * @author mycat
     */
    private static class AcceptIdGenerator {        private static final long MAX_VALUE = 0xffffffffL;        private long acceptId = 0L;        private final Object lock = new Object();        private long getId() {            synchronized (lock) {                if (acceptId >= MAX_VALUE) {
                    acceptId = 0L;
                }                return ++acceptId;
            }
        }
    }

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