Kafka 源码分析之网络层（一）

刘伟 360云计算

Kafka是一种高吞吐量的分布式发布订阅消息系统，它可以处理消费者规模的网站中的所有动作流数据。小编会给大家带来几期 Kafka 相关的源码分析文章。这一系列文章是基于kafka 0.9.1版本，今天先来网络层的第一部分-概述和网络层模型实现。
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Kafka的网络层模型概述

这个模型其实一点也不神秘,很质朴,很清晰,也很好用,引用源码中的一句话:

The threading model is 1 Acceptor thread that handles new connections Acceptor has N Processor threads that each have their own selector and read requests from socketsM Handler threads that handle requests and produce responses back to the processor threads for writing
再来张图:
Acceptor 作两件事: 创建一堆worker线程；接受新连接, 将新的socket指派给某个 worker线程;
Worker线程处理若干个socket,接受请求转给各种handler处理,response再经由worker线程发送回去.
总结起来就是个半同步半异步模型(https://github.com/DavidLiuXh/lightningserver).

Kafka的网络层模型实现
虽然kafka用scala实现,但里面也用了大量的java类, 这部分主要是用了NIO(http://tutorials.jenkov.com/java-nio/index.html)；
主要实现文件:core/src/main/scal/kafka/network/SocketServer.scala,里面包括了SocketServer, Acceptor, Processor等;
数据传输层实现:clients/src/main/java/org/apache/kafka/common/network,里面包括了Channel,TransportLayer,Authenticator等.

Kafka网络层一哥:SocketServer类
所在文件: core/src/main/scala/kafka/network/SocketServer.scala;
统筹组织所有的网络层组件;
startup()方法:

(1) 根据配置的若干endpoint创建相应的Acceptor及相关联的一组Processor线程;


for (i <- processorBeginIndex until processorEndIndex) {
       processors(i) = newProcessor(i,
            time,
            maxRequestSize,
            requestChannel,
            connectionQuotas,
            connectionsMaxIdleMs,
            protocol,
            config.values,
            metrics
          )
        }
val acceptor = newAcceptor
(endpoint, sendBufferSize, recvBufferSize, brokerId,
processors.slice(processorBeginIndex, processorEndIndex), connectionQuotas)

(2) 创建Acceptor运行的线程并启动;


Utils
.newThread(
"kafka-socket-acceptor-%s-%d"
.format(protocol.toString, 
                          endpoint.port), acceptor, 
false
).start()
acceptor.awaitStartup()

Kafka网络层头号马仔:Acceptor类

所在文件: core/src/main/scala/kafka/network/SocketServer.scala Acceptor类对象创建:
(1) 创建监听ServerSocket:


val serverChannel = 
ServerSocketChannel
.open()
    serverChannel.configureBlocking(
false
)
    serverChannel.socket().setReceiveBufferSize(recvBufferSize)

try
 {
      serverChannel.socket.bind(socketAddress)
      info(
"Awaiting socket connections on %s:%d."
.format(socketAddress.getHostName, serverChannel.socket.getLocalPort))
    } 
catch
 {

case
 e: 
SocketException
 =>

throw

new

KafkaException
(
"Socket server failed to bind to %s:%d: %s."
.format(socketAddress.getHostName, port, e.getMessage), e)
    }

(2) 开启分配到的若干Processor:


this.synchronized { processors.foreach { processor =>

Utils.newThread("kafka-network-thread-%d-%s-%d".format(brokerId, endPoint.protocolType.toString, processor.id), processor, 
false
).start()
    }
  }

(3) run()-利用NIO的selector来接收网络连接:


varcurrentProcessor = 0

while(isRunning) {

try{val ready = nioSelector.select(500)

if (ready > 0) { val keys = nioSelector.selectedKeys()
            val iter = keys.iterator()

while (iter.hasNext && isRunning) {

tr {val key = iter.
nextiter.remove()

if
 (key.isAcceptable)
accept(key, processors(currentProcessor))

else

throw

new

IllegalStateException
(
"Unrecognized key state for acceptor thread."
)

// round robin to the next processor thread
                currentProcessor = (currentProcessor + 
1
) % processors.length
              } 
catch
 {

case
 e: 
Throwable
 => error(
"Error while accepting connection"
, e)
              }
            }
          }
        }

这里面最主要的就是 accept(key,processors(currentProcessor))

(4) accept: 设置新连接socket的参数后交由Processor处理:


socketChannel.configureBlocking(
false
)
socketChannel.socket().setTcpNoDelay(
true
)
socketChannel.socket().setKeepAlive(
true
)
socketChannel.socket().setSendBufferSize(sendBufferSize)
processor.accept(socketChannel)

Kafka网络层堂口扛把子:Processor类

所在文件:core/src/main/scala/kafka/network/SocketServer.scala;
从单个连接进来的request都由它处理;
每个Processor对象会创建自己的nio selector;
每个连接有唯一标识ConnectionId: $localHost:$localPort-$remoteHost:$remotePort,这个非常重要!!!
accept(socketChannel::SocketChannel):将新连接的SocketChannel保存到并发队列Q1中;
run()是核心, 包裹在一个循环里,直接线程退出, while(isRunning){},里面依次调用如下函数:
(1) configureNewConnections():从并发队列Q1里取出SocketChannel,添加到自身的nio selector中,监听读事件;

(2) processNewResponses():处理当前所有处理完成的request相应的response, 这些response都是从RequestChannel获得( requestChannel.receiveResponse),根据request的类型来决定从当前连接的nio selector中暂时删除读事件监听/添加写事件/关闭当前连接;

(3) selector.poll(300): 这个就不用解释了, 这个selector是对nio selector的又一封装,我们后面一章会讲到,它完成具体的数据接收和发送;

(4) selector.completedReceives.asScala.foreach: 处理当前所有的从selector返回的完整request,将其put到RequestChannel的一个阻塞队列里,供应用层获取并处理;同时会暂时删除些连接上的读事件监听: selector.mute(receive.source);

(5) selector.completedSends.asScala.foreach: 处理当前所有的从selector返回的写操作,重新将读事件添加到连接的selector监听中 selector.unmute(send.destination);

(6) selector.disconnected.asScala.foreach: 处理当前所有将关闭的连接;

Kafka网络层中间人:RequestChannel类

所在文件: core/src/main/scala/kafka/network/RequestChannel.scala;
保存所有从网络层拿到的完整request和需要发送的response;
一般是RequestHandler会周期性从RequestChannel获取request,并将response保存回RequestChannel;
processNewResponses() 处理RequestChannel中所有的response;

Kafka网络层看门小弟:ConnectionQuotas类
所在文件:core/src/main/scala/kafka/network/SocketServer.scala;
当某个IP到kafka的连接数过多时,将抛出 TooManyConnectionsException异常;
实现就是通过加锁的加减计数;
SocketServer 图解:

Kafka 源码分析之网络层（一）

下一篇咱们来讲在Processor中使用的nio selector的又一封装，负责具体数据的接收和发送。

Kafka 源码分析之网络层（一）

Kafka 源码分析之网络层（一）

Kafka的网络层模型概述

Kafka的网络层模型实现

Kafka网络层一哥:SocketServer类

startup()方法:

Kafka网络层头号马仔:Acceptor类

Kafka网络层堂口扛把子:Processor类

Kafka网络层中间人:RequestChannel类

Kafka网络层看门小弟:ConnectionQuotas类

SocketServer 图解:

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