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Netty的http client连接池设计

2016-08-08 08:15 hetaohapp
摘要:Netty是由JBOSS提供的一个java开源框架。Netty提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具,用以快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。本文转载自 hetaohapp 的CSDN博客。将为大家分享使用Netty作为http的客户端的场景下,pool该如何进行设计。


1
复用类型的选型

1.1 channel 复用

多个请求可以共用一个channel

模型如下:


特点:

  1. callback队列为回调队列。 不同的callback通过一个全局的id进行标识。发送的时候会把该id发到服务端,服务端在回复的时候必须把该id再返回到客户端。

  2. 获取连接只需要随机获取一个channel即可,将callback添加到队列里面。

  3.  获取连接时消除了锁的竞争,性能高效。

  4. 结构简单。


实例:

osp(唯品会的SOA框架) client pool实现(thrift协议); spray的akka client pool。

约束:

需要服务端配合支持channel复用。需要有一个全局唯一的id用于识别请求。 通常id先发给服务端,服务端还要把id会给客户端。


1.2 channel 独享

每个请求独立使用一个channel。

模型如下:

                       


特点:

  1. 同一个channel同时只给一个request使用。

  2. 连接池的设计较为复杂。


实例:

  1. 数据库连接池[druid,c3p0,dbcp,hikaricp,caelus(唯品会内部连接池)]

  2. netty的http pool ; apache的httpclient pool, httpasyncclient pool ; nginx的pool。


1.3 选择

由于http1.1协议原生不支持channel复用(http2是支持的),如果需要支持,则需要在header里面加入一个唯一id,所有的应用服务器均需要进行改动。为了和nginx的连接池保持一致,确定使用channel的独享方式。


2
组件选型

组件

优点

缺点

common-pool 功能完整 不支持异步连接
rxnetty pool 功能完整,支持netty 使用的为rxjava机制
netty pool netty原生实现 功能较为简单

选择netty pool作为连接池的实现。4.0.33版本有该功能,可能老版本没有pool的功能。



3
pool的设计

3.1 模型                                             


通过ip,port路由到对应的pool,每个pool之间完全独立。


3.2 主要功能点



3.3 获取连接

  1. 通过控制最大连接数,来避免无限的创建连接。

  2. 当超过最大连接数时,则需要等待。由于整个流程是全异步的,需要将当前信息进行任务封装注册回调。

  3. 需要设置等待连接的个数及超时时间,避免把内存给撑爆。

  4. 需要对获取的连接进行有效性检查。一般只需校验channel.isactive()即可。如果检验失败,需要重新获取有效连接。


3.4 资源池

  1. 使用无锁的ConcurrentLinkedDeque 双向队列来存放所有idle的连接(jdk1.7才有该类)。

  2. 该队列通过cas的操作来避免同步。 由于拿到连接后业务执行的速度较慢,所以这里的cas冲突应该很小。


3.5 归还连接


归还连接主要包含两部分:正常release和异常的forceClose


  1. 在netty中,如果收到FIN(服务端发送的正常close请求),则会通知到netty的channelInactive接口,需要在该接口处进行forceClose.

  2. 收到RST(服务端非正常的关闭),则会通知到exceptionCaught接口,需要在该接口处进行foreclose。关于RST的问题可参考:http://blog.csdn.net/hetaohappy/article/details/51851880

  3. 在收到正常数据后(channel的channelRead接口),需要判断header里面是否有Connection:close,如果有,则进行forceClose,否则进行release

  4. 如果空闲超时,则关闭连接,来避免连接一直被无效的占用。只需要增加IdleStateHandler ,判断连接空闲超时,则fire一个event事件。只需要注册对该事件的监听,进行foreclose即可。

  5. 占有超时:连接在规定的时间内未还,则进行forceClose。

  6. 发送请求时,发现channel已经被close掉或者其他io异常,则进行forceClose。

  7. forceclose接口里面,需要通过一个状态位来控制是否操作 acquiredChannelCount(已获取连接数)。由于调用forceclose,连接可能在资源池中,如果操作该字段,会导致该字段统计不准确。


3.6 超时控制

获取连接timeout:在规定的时间内没有获取到连接,则抛异常。


  1. 一般实现是通过ReentrantLock来设置lock的超时时间或者直接通过unsafe.park设置超时时间。该种机制会对当前线程进行block。

  2. 由于netty是纯异步机制,如果进行block,会严重影响性能。所以这里是将当前信息进行task封装,然后schedule一个定时任务。如果在设定时间内该task没有被消费,则会抛出timeout的异常。


建立连接timeout

  1. 在BIO中,通过设置socket的connect(SocketAddress endpoint, int timeout) 时间即可。Tips:该值不要和setSoTimeout(int timeout)混淆,sotimeout是设置调用read的超时时间。

  2. 在NIO中,需要业务自己控制连接的超时时间。 一般是通过schedule一个定时任务来控制超时时间。(在netty中即使用的该机制)


连接空闲timeout

  1. 通过设置一个handler(IdleStateHandler ),在新建连接的时候schedule一个任务(时间为空闲超时时间),在调用read或者write方法的时候,进行时间的更新。如果任务运行的时候发现空闲超时,则进行event的触发。

  2. 业务handler捕获该event,进行连接空闲超时的处理。


连接被占有timeout: 避免连接泄露

  1. 在获取连接的时候 schedule一个任务(时间为连接被占用的timeout),在归还的时候会cancel该任务。如果该任务被运行,说明在规定的时间没有归还,则进行timeout的处理。


3.7 性能优化

  1. 资源池无锁化:ConcurrentLinkedDeque  (前面已有介绍)

  2. acquiredChannelCount(已获取连接数)的无锁化(该字段用来控制是否达到了最大连接数,正常情况为获取连接后加1,归还连接后减1)。


连接池均会通过acquiredChannelCount来控制当前已经获取的连接个数。该参数会面临着多线程的竞争,需要进行同步或者cas的设计。如何设计让acquiredChannelCount完全不用考虑多线程竞争?


看能不能从akka的设计中找点思路: akka消除竞争的方式就是让一个actor同一时刻只能在一个线程中运行,这样actor里面所有的全局参数就不需要考虑多线程竞争,一个actor里面所有的任务都是串行执行的,完全消除竞争。


那么能不能串行操作acquiredChannelCount呢? 答案是可以的,并且在netty中实现非常简单,只需要实现如下代码即可:

if(executor.inEventLoop()) {
    acquiredChannelCount++;
 }else{
    executor.execute(newOneTimeTask() {
       @Override
       public void run() {
             acquiredChannelCount++;}
 });}


其中executor 就是一个固定的线程。判定当前执行的线程是否是executor这个线程,如果是则直接执行。如果不是,则放到executor线程的队列里达到串行操作的目的(类似于actor的mailbox) (netty的设计及抽象能力确实非常高)


3.8 配置参数

  • janus_http_pool_aquire_timeout :获取连接超时时间:默认为5000ms

  • janus_http_pool_maxConnections:连接大小:默认为1000

  • janus_http_connection_timeout :建立连接的超时时间:默认为5000ms

  • janus_http_pool_idle_timeout:连接空闲多久关闭:默认为:30分钟

  • janus_http_pool_maxPending:连接池不够用,最大允许有多少个pendingRequest:默认为无限大

  • janus_http_pool_maxHolding:拿连接的使用时间。在规定时间未还,则强制close掉。默认为5000ms。



4
面临的问题

  1. 所有的操作都是纯异步,导致callback嵌套的特别深(netty通过promise机制,来方便callback的使用),如果控制不好,很容易出问题。

  2. 连接被require后,一定要保证归还,由于异步特性,很容易在某些异常下将连接漏还(笔者遇到在高并发下由于代码bug导致漏还的情况)

  3. 如何避免在拿到连接后,同时web服务器(http的keepalive机制)将该连接给close掉了,导致执行的失败。

有两种解决方案可以参考。
4.3.1  可以参考common-pool的设计思想,在后端开启一个线程定时对所有连接进行心跳检测。
    
问题:
如何确定该线程定时的时间。后端web服务器对连接的超时时间可能不一致,该定时时间一定要小于web服务器的连接超时时间。
心跳执行的接口问题。需要所有的web服务器均需要实现固定的接口进行心跳检测,可行性比较差。

4.3.2  重试机制:
捕获执行失败的异常,如果是特定的异常,则forceClose当前的连接,重新拿一个连接进行访问。如果超过重试次数,则抛出异常。

本文转载自 CSDN博客,原文链接:http://m.blog.csdn.net/article/details?id=51867059

本文作者:CSDN博主  hetaohappy
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