协议栈

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

编程

一、关键技术点分析

不同服务在性能上适用不同协议进行传输，如对接异构第三方服务时，通常选择HTTP/Restful等公有协议；而对于内部不同模块之间的服务调用，一般选择性能较高的二进制私有协议。

1.1 是否必须支持多协议

否，这需要根据业务的实际需要来定。但分布式服务框架需要具备通过扩展的方式来支持多协议的能力。

1.2 公有协议还是私有协议

要实现异构系统之间的服务调用，最佳做法就是使用标准的公有协议；
但在性能方面，私有协议往往可以根据业务的具体需求进行针对性优化，性能更优。
因此一般情况下，分布式服务框架默认使用性能更好的私有协议（二进制），在需要与外部对接的服务，可以考虑引入HTTP/Restful等公有协议。

1.3 开源还是自研

私有协议一般是自研的；
公有协议，可以采用业界比较成熟的方案，也可以基于Netty自研。

二、功能设计

2.1 功能描述

私有协议栈承载了业务内部各个模块之间的消息交互和服务调用，主要功能如下：

  1. 定义了私有协议的通信模型和消息定义

  2. 支持服务提供者和消费者之间采用点对点长连接通信

  3. 基于 Java NIO 通信框架，提供高性能的异步通信能力

  4. 提供可扩展的编解码框架，支持多种序列化方式

  5. 握手和安全认证机制

  6. 链路的高可靠性

2.2 通信模型

模型图见 P83 图5-1
服务提供者跟消费者之间采用单链路、长连接的方式进行网络通信，创建流程如下：

  1. 客户端发送握手请求，携带节点ID等有效身份认证信息

  2. 服务端对握手请求消息进行校验，通过校验后发送握手应答消息

  3. 链路创建成功，客户端发送业务消息

  4. 链路创建成功，服务端发送心跳消息

  5. 链路创建成功，客户端发送心跳消息

  6. 链路创建成功，服务端发送业务消息

  7. 服务端退出时关闭连接，客户端感知后被动关闭连接

2.3 协议消息定义

私有协议和公有协议的消息模型是类似的，包含消息头header和消息体body两部分。
消息头通常包含服务调用的相关参数：

  • crcCode，协议栈校验码

  • length，消息长度（整个消息的长度，包括消息头、消息体）

  • type，消息类型，可能是：业务请求消息、业务响应消息、业务ONE WAY消息（既是请求又是响应）、握手请求消息、握手应答消息、心跳请求消息、心跳应答消息

  • priority，消息优先级

  • interfaceName，接口名

  • methodName，方法名

  • attachment，可选字段，用于扩展消息头（比如增加TraceID，进行业务链路追踪）

2.4 协议消息的序列化和反序列化

消息的序列化分为两部分，消息头的序列化和消息体的序列化，两者采用的机制不一样，原因是协议栈可以由不同的序列化框架承载，标识序列化格式的字段在消息头中定义，因此我们要先对消息头做通用解码，获取序列化格式，然后根据类型再调用对应的解码器对消息体解码。

三、可靠性设计

3.1 客户端连接超时

同步阻塞编程模式下，客户端socket发起网络连接，需要指定超时时间，目的是：

  • 在同步阻塞I/O模型中，连接操作是同步阻塞的，若不设置超时时间，客户端I/O线程可能被长时间阻塞，导致系统可用I/O线程数减少

  • 业务层需要，多数系统对业务本身的流程执行时间有要求

3.2 客户端重连机制

客户端监听链路状态，如果链路中断，等待 INTERVAL 时间后，由客户端发起重连，若失败则间隔 INTERVAL 时间后再次发起重连，直到成功。
等待 INTERVAL 时间是为了保证服务端能有足够的时间来释放句柄资源。
客户端也会对重连次数做限制，防止无限重连导致资源损耗。

3.3 客户端重复握手保护

客户端握手成功后，链路处于正常状态下，不允许客户端重复握手，防止客户端在异常状态下反复重连导致句柄资源被耗尽。
服务端收到客户端的握手请求后，先对IP地址进行合法性校验，若检验成功，则在缓存的地址表中查看客户端是否已登录，如果已登录，则拒绝重复登录，关闭TCP链路，并在服务端日志中打印握手失败的原因。
客户端接受到握手失败的应答消息后，关闭客户端的TCP连接，等待 INTERVAL 时间后再次发起 TCP 连接，直到认证成功。
为了防止服务端和客户端对链路状态理解不一致导致的握手失败，当服务端连续N次心跳超时之后需要主动关闭链路，清空该客户端的地址缓存信息，保证后续该客户端可以重连成功，防止被重复登录保护机制拒绝掉。

3.4 消息缓存重发

无论是客户端还是服务端，当链路中断，后再链路恢复之前，缓存在消息队列中待发的消息不能丢失，等链路恢复后，重发这些消息，保证链路中断期间消息不丢失。
消息缓存队列应该设置上限，达到上限之后应该拒绝向该队列添加新的消息，防止内存溢出。

3.5 心跳机制

在凌晨等业务低谷期，如果发生了网络闪断等问题，由于没有业务消息，网络问题难以被发现，等到了白天业务高峰期，大量网络通信失败会导致一段时间内进程无法处理业务消息。
为了解决该问题，在网络空闲时采用心跳机制来检测链路的互通性，一旦发现网络故障，立即关闭链路，主动重连。


 

以上是 协议栈 的全部内容， 来源链接： utcz.com/z/510872.html

回到顶部