宜人貸蜂巢團隊，由Michael創(chuàng)立于2013年，通過使用互聯(lián)網(wǎng)科技手段助力金融生態(tài)和諧健康發(fā)展。自成立起一直致力于多維度數(shù)據(jù)閉環(huán)平臺建設。目前團隊規(guī)模超過百人，涵蓋征信、

圖1 - API網(wǎng)關項目框架

圖中描繪了API網(wǎng)關系統(tǒng)的處理流程，以及與服務注冊發(fā)現(xiàn)、日志分析、報警系統(tǒng)、各類爬蟲的關系。其中API網(wǎng)關系統(tǒng)接收請求，對請求進行編解碼、鑒權、限流、加解密，再基于Eureka服務注冊發(fā)現(xiàn)模塊，將請求發(fā)送到有效的服務節(jié)點上;網(wǎng)關及抓取系統(tǒng)的日志，會被收集到elk平臺中，做業(yè)務分析及報警處理。

二、BIO vs NIO

API網(wǎng)關承載數(shù)倍于爬蟲的流量，提升服務器的并發(fā)處理能力、縮短系統(tǒng)的響應時間，通信模型的選擇是至關重要的，是選擇BIO，還是NIO?

1. Streamvs Buffer & 阻塞 vs 非阻塞

BIO是面向流的，io的讀寫，每次只能處理一個或者多個bytes，如果數(shù)據(jù)沒有讀寫完成，線程將一直等待于此，而不能暫時跳過io或者等待io讀寫完成異步通知，線程滯留在io讀寫上，不能充分利用機器有限的線程資源，造成server的吞吐量較低，見圖2。而NIO與此不同，面向Buffer，線程不需要滯留在io讀寫上，采用操作系統(tǒng)的epoll模式，在io數(shù)據(jù)準備好了，才由線程來處理，見圖3。

NioEvenrLoopGroup的創(chuàng)建，具體執(zhí)行過程是執(zhí)行類MultithreadEventExecutorGroup的構造方法：

/**  

 * Create a new instance.  

 *  

 * @param nThreads          the number of threads that will be used by this instance.  

 * @param executor          the Executor to use, or {@code null} if the default should be used.  

 * @param chooserFactory    the {@link EventExecutorChooserFactory} to use.  

 * @param args              arguments which will passed to each {@link #newChild(Executor, Object...)} call  

 */  

protected MultithreadEventExecutorGroup(int nThreads, Executor executor,  

                                        EventExecutorChooserFactory chooserFactory, Object... args) {  

    if (nThreads <= 0) {  

        throw new IllegalArgumentException(String.format("nThreads: %d (expected: > 0)", nThreads));  

    }  

    if (executor == null) {  

        executor = new ThreadPerTaskExecutor(newDefaultThreadFactory());  

    }  

    children = new EventExecutor[nThreads];  

    for (int i = 0; i < nThreads; i ++) {  

        boolean success = false;  

        try {  

            children[i] = newChild(executor, args);  

            success = true;  

        } catch (Exception e) {   

            throw new IllegalStateException("failed to create a child event loop", e);  

        } finally {  

            if (!success) {  

                for (int j = 0; j < i; j ++) {  

                    children[j].shutdownGracefully();  

                }  

                for (int j = 0; j < i; j ++) { 

                     EventExecutor e = children[j]; 

                     try { 

                         while (!e.isTerminated()) {  

                            e.awaitTermination(Integer.MAX_VALUE, TimeUnit.SECONDS);  

                        }  

                    } catch (InterruptedException interrupted) {  

                        // Let the caller handle the interruption.  

                        Thread.currentThread().interrupt();  

                        break;  

                    }  

                }  

            }  

        }  

    }  

    chooser = chooserFactory.newChooser(children);  

    final FutureListener<Object> terminationListener = new FutureListener<Object>() {  

        @Override  

        public void operationComplete(Future<Object> future) throws Exception {  

            if (terminatedChildren.incrementAndGet() == children.length) {  

                terminationFuture.setSuccess(null);  

            }  

        }  

    };  

    for (EventExecutor e: children) {  

        e.terminationFuture().addListener(terminationListener);  

    }  

    Set<EventExecutor> childrenSet = new LinkedHashSet<EventExecutor>(children.length);  

    Collections.addAll(childrenSet, children);  

    readonlyChildren = Collections.unmodifiableSet(childrenSet);  

} 

其中，創(chuàng)建細節(jié)見下：

• 線程池中的線程數(shù)nThreads必須大于0;
• 如果executor為null，創(chuàng)建默認executor，executor用于創(chuàng)建線程(newChild方法使用executor對象);
• 依次創(chuàng)建線程池中的每一個線程即NioEventLoop，如果其中有一個創(chuàng)建失敗，將關閉之前創(chuàng)建的所有線程;
• chooser為線程池選擇器，用來選擇下一個EventExecutor，可以理解為，用來選擇一個線程來執(zhí)行task。

chooser的創(chuàng)建細節(jié)，見下：

DefaultEventExecutorChooserFactory根據(jù)線程數(shù)創(chuàng)建具體的EventExecutorChooser，線程數(shù)如果等于2^n，可使用按位與替代取模運算，節(jié)省cpu的計算資源，見源碼：

@SuppressWarnings("unchecked")  
@Override  
public EventExecutorChooser newChooser(EventExecutor[] executors) {  
    if (isPowerOfTwo(executors.length)) {  
        return new PowerOfTowEventExecutorChooser(executors);  
    } else {  
        return new GenericEventExecutorChooser(executors);  
    }  
}   
    private static final class PowerOfTowEventExecutorChooser implements EventExecutorChooser {  
        private final AtomicInteger idx = new AtomicInteger();  
        private final EventExecutor[] executors;   
 
        PowerOfTowEventExecutorChooser(EventExecutor[] executors) {  
            this.executors = executors;  
        }   
 
        @Override  
        public EventExecutor next() {  
            return executors[idx.getAndIncrement() & executors.length - 1];  
        }  
    }   
 
    private static final class GenericEventExecutorChooser implements EventExecutorChooser {  
        private final AtomicInteger idx = new AtomicInteger();  
        private final EventExecutor[] executors;   
 
        GenericEventExecutorChooser(EventExecutor[] executors) {  
            this.executors = executors;  
        }   
 
        @Override  
        public EventExecutor next() {  
            return executors[Math.abs(idx.getAndIncrement() % executors.length)];  
        }  
    } 

newChild(executor, args)的創(chuàng)建細節(jié)，見下：

MultithreadEventExecutorGroup的newChild方法是一個抽象方法，故使用NioEventLoopGroup的newChild方法，即調(diào)用NioEventLoop的構造函數(shù)：

@Override  
    protected EventLoop newChild(Executor executor, Object... args) throws Exception {  
        return new NioEventLoop(this, executor, (SelectorProvider) args[0], 
            ((SelectStrategyFactory) args[1]).newSelectStrategy(), (RejectedExecutionHandler) args[2]);  
    } 

在這里先看下NioEventLoop的類層次關系：

創(chuàng)建任務隊列tailTasks(內(nèi)部為有界的LinkedBlockingQueue)：

創(chuàng)建線程的任務隊列taskQueue(內(nèi)部為有界的LinkedBlockingQueue)，以及任務過多防止系統(tǒng)宕機的拒絕策略rejectedHandler。

其中tailTasks和taskQueue均是任務隊列，而優(yōu)先級不同，taskQueue的優(yōu)先級高于tailTasks，定時任務的優(yōu)先級高于taskQueue。

五、ServerBootstrap初始化及啟動

了解了Netty線程池NioEvenrLoopGroup的創(chuàng)建過程后，下面看下API網(wǎng)關服務ServerBootstrap的是如何使用線程池引入服務中，為高并發(fā)訪問服務的。

API網(wǎng)關ServerBootstrap初始化及啟動代碼，見下：

serverBootstrap = new ServerBootstrap();  
bossGroup = new NioEventLoopGroup(config.getBossGroupThreads());  
workerGroup = new NioEventLoopGroup(config.getWorkerGroupThreads());   
 
serverBootstrap.group(bossGroup, workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class)  
        .option(ChannelOption.TCP_NODELAY, config.isTcpNoDelay())  
        .option(ChannelOption.SO_BACKLOG, config.getBacklogSize())  
        .option(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, config.isSoKeepAlive())  
        // Memory pooled  
        .option(ChannelOption.ALLOCATOR, PooledByteBufAllocator.DEFAULT)  
        .childOption(ChannelOption.ALLOCATOR, PooledByteBufAllocator.DEFAULT)  
        .childHandler(channelInitializer);    
 
ChannelFuture future = serverBootstrap.bind(config.getPort()).sync();  
log.info("API-gateway started on port: {}", config.getPort());  
future.channel().closeFuture().sync(); 

API網(wǎng)關系統(tǒng)使用netty自帶的線程池，共有三組線程池，分別為bossGroup、workerGroup和executorGroup(使用在channelInitializer中，本文暫不作介紹)。其中，bossGroup用于接收客戶端的TCP連接，workerGroup用于處理I/O、執(zhí)行系統(tǒng)task和定時任務，executorGroup用于處理網(wǎng)關業(yè)務加解密、限流、路由，及將請求轉發(fā)給后端的抓取服務等業(yè)務操作。

六、Channel與線程池的綁定

ServerBootstrap初始化后，通過調(diào)用bind(port)方法啟動Server，bind的調(diào)用鏈如下：

AbstractBootstrap.bind ->AbstractBootstrap.doBind -> AbstractBootstrap.initAndRegister 

其中，ChannelFuture regFuture = config().group().register(channel);中的group()方法返回bossGroup，而channel在serverBootstrap的初始化過程指定channel為NioServerSocketChannel.class，至此將NioServerSocketChannel與bossGroup綁定到一起，bossGroup負責客戶端連接的建立。那么NioSocketChannel是如何與workerGroup綁定到一起的?

調(diào)用鏈AbstractBootstrap.initAndRegister -> AbstractBootstrap. init-> ServerBootstrap.init ->ServerBootstrapAcceptor.ServerBootstrapAcceptor ->ServerBootstrapAcceptor.channelRead：

public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {  
    final Channel child = (Channel) msg;  
    child.pipeline().addLast(childHandler);  
    for (Entry<ChannelOption<?>, Object> e: childOptions) {  
        try {  
            if (!child.config().setOption((ChannelOption<Object>) e.getKey(), e.getValue())) {  
                logger.warn("Unknown channel option: " + e);  
            }  
        } catch (Throwable t) {  
            logger.warn("Failed to set a channel option: " + child, t); 
        }  
    }  
    for (Entry<AttributeKey<?>, Object> e: childAttrs) {  
        child.attr((AttributeKey<Object>) e.getKey()).set(e.getValue());  
    } 
 
    try {  
        childGroup.register(child).addListener(new ChannelFutureListener() {  
            @Override  
            public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {  
                if (!future.isSuccess()) { 
                     forceClose(child, future.cause());  
                }  
            }  
        });  
    } catch (Throwable t) {  
        forceClose(child, t);  
    }  
} 

其中，childGroup.register(child)就是將NioSocketChannel與workderGroup綁定到一起，那又是什么觸發(fā)了ServerBootstrapAcceptor的channelRead方法?

其實當一個 client 連接到 server 時，Java 底層的 NIO ServerSocketChannel 會有一個SelectionKey.OP_ACCEPT 就緒事件，接著就會調(diào)用到 NioServerSocketChannel.doReadMessages方法。

@Override  
protected int doReadMessages(List<Object> buf) throws Exception {  
    SocketChannel ch = javaChannel().accept();  
    try {  
        if (ch != null) {  
            buf.add(new NioSocketChannel(this, ch));  
            return 1;  
        }  
    } catch (Throwable t) {          … 
 
    }  
    return 0;  
} 

javaChannel().accept() 會獲取到客戶端新連接的SocketChannel，實例化為一個 NioSocketChannel, 并且傳入 NioServerSocketChannel 對象(即 this)，由此可知, 我們創(chuàng)建的這個NioSocketChannel 的父 Channel 就是 NioServerSocketChannel 實例 。

接下來就經(jīng)由 Netty 的 ChannelPipeline 機制，將讀取事件逐級發(fā)送到各個 handler 中，于是就會觸發(fā)前面我們提到的 ServerBootstrapAcceptor.channelRead 方法啦。

至此，分析了Netty線程池的初始化、ServerBootstrap的啟動及channel與線程池的綁定過程，能夠看出Netty中線程池的優(yōu)雅設計，使用不同的線程池負責連接的建立、IO讀寫等，為API網(wǎng)關項目的高并發(fā)訪問提供了技術基礎。

七、總結

網(wǎng)站題目：宜人貸蜂巢API網(wǎng)關技術解密之Netty使用實踐
文章分享：http://jinyejixie.com/news46/99846.html

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