[从源码学设计]蚂蚁金服SOFARegistry之消息总线
[从源码学设计]蚂蚁金服SOFARegistry之消息总线
0x00 摘要
SOFARegistry 是蚂蚁金服开源的一个生产级、高时效、高可用的服务注册中心。
本系列文章重点在于分析设计和架构，即利用多篇文章，从多个角度反推总结 DataServer 或者 SOFARegistry 的实现机制和架构思路，让大家借以学习阿里如何设计。
本文为第四篇，介绍SOFARegistry之消息总线。
0x01 相关概念
1.1 事件驱动模型
事件驱动模型，也即是我们通常说的观察者。基于发布-订阅模式的编程模型。
1.1.1 概念
定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖它的对象都得到通知并自动更新。
从程序设计的角度来看，事件驱动模型的核心构件通常包含以下几个：
- 事件源：负责产生事件的对象。比如我们常见的按钮，按钮就是一个事件源，能够产生“点击”这个事件
- 事件监听器（事件处理器）：负责处理事件的对象
- 事件：或者称为事件对象，是事件源和事件监听器之间的信息桥梁。是整个事件模型驱动的核心
1.1.2 应用环境
当我们面对如下的环境时，事件驱动模型通常是一个好的选择：
- 程序中有许多任务；
- 任务之间高度独立（因此它们不需要互相通信，或者等待彼此）；
- 在等待事件到来时，某些任务会阻塞；
1.2 消息总线
总线（Bus）一般指计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，而EventBus则是事件源（publisher)向订阅方（subscriber)发送订阅事件的总线，它解耦了观察者模式中订阅方和事件源之间的强依赖关系。
消息总线扮演着一种消息路由的角色，拥有一套完备的路由机制来决定消息传输方向。发送端只需要向消息总线发出消息而不用管消息被如何转发，为了避免消息丢失，部分消息总线提供了一定的持久化存储和灾备的机制。
消息总线简单理解就是一个消息中心，众多微服务实例可以连接到总线上，实例可以往消息中心发送或接收信息（通过监听）。
一般的应用的场景就是在用观察者模式的地方就可以用EventBus进行替代。
0x02 业务领域
2.1 业务范畴
DataServer 本质上是一个网络应用程序，所以有如下特点：
- 需要处理各个方面发送来的消息；
- 程序中任务繁多，任务之间独立，大多数任务不存在互斥通讯等操作；在等待事件到来时，某些任务会阻塞；
- 某一个消息往往有多个投递源；
因此天然适合用事件驱动机制来实现。
2.2 问题点
能够想到的问题点如下：
- 因为一个事件往往会有多个投递源，如何解耦事件投递和事件处理之间的逻辑？
- 怎样实现Listener一次注册，就能够知道Listener对那些事件感兴趣的，进而在有某类事件发生时通知到Listener的呢？
- 如何使得一个Listener可以处理多个事件？
- 如何使得一个事件被多个Listener处理？
- 可否简化注册流程？
- 是否需要维护消息顺序？
- 处理消息方式是异步还是同步？
- 多个同样消息是否要归并？
具体我们在后文会详述阿里的思路。
2.3 解决方案
DataServer 内部逻辑主要是通过事件驱动机制来实现的，下图列举了部分事件在事件中心的交互流程，从图中可以看到，一个事件往往会有多个投递源，非常适合用 EventCenter 来解耦事件投递和事件处理之间的逻辑；
0x03 EventCenter
业界消息总线有很多，比如 Android EventBus是一个发布/订阅事件总线框架，基于观察者模式，将事件的接收者和发送者分开，简化了组件之间的通信。
而SOFARegistry EventCenter 的作用也类似：从逻辑上解耦，将事件的接收者和发送者分开，简化组件之间通信。阿里的实现有自己的特点，开发者可以借鉴这里的使用技巧和思路。
3.1 目录结构
├── event
│ ├── AfterWorkingProcess.java
│ ├── DataServerChangeEvent.java
│ ├── Event.java
│ ├── EventCenter.java
│ ├── LocalDataServerChangeEvent.java
│ ├── MetaServerChangeEvent.java
│ ├── RemoteDataServerChangeEvent.java
│ ├── StartTaskEvent.java
│ ├── StartTaskTypeEnum.java
│ └── handler
│ ├── AbstractEventHandler.java
│ ├── AfterWorkingProcessHandler.java
│ ├── DataServerChangeEventHandler.java
│ ├── LocalDataServerChangeEventHandler.java
│ ├── MetaServerChangeEventHandler.java
│ └── StartTaskEventHandler.java
3.2 类定义
类定义如下：
public class EventCenter {
private Multimap<Class<? extends Event>, AbstractEventHandler> MAP = ArrayListMultimap.create();
/**
* eventHandler register
* @param handler
*/
public void register(AbstractEventHandler handler) {
List<Class<? extends Event>> interests = handler.interest();
for (Class<? extends Event> interest : interests) {
MAP.put(interest, handler);
}
}
/**
* event handler handle process
* @param event
*/
public void post(Event event) {
Class clazz = event.getClass();
if (MAP.containsKey(clazz)) {
Collection<AbstractEventHandler> handlers = MAP.get(clazz);
if (handlers != null) {
for (AbstractEventHandler handler : handlers) {
handler.handle(event);
}
}
} else {
throw new RuntimeException("no suitable handler was found:" + clazz);
}
}
}
3.2.1 操作
普通 EventBus 大多有三个操作：
- 注册 Listener--register (Object Listener)；
- 注销 Listener--unregister (Object Listener)；
- 发布 Event--post (Object event)；
但是阿里的EventCenter并没有注销操作，因为业务上不需要，所以只有如下接口。
- register(AbstractEventHandler handler) 的工作就是找出这个Listener对哪些事件感兴趣，然后把这种事件类型和对应的Listener注册到 EventCenter；
- 当post一个event时候，会遍历这个消息的处理函数列表，逐一调用处理函数，其实就是同步执行了，当然也许 EventHandler 内部自己实现了异步；因为是同步执行，所以不需要维持消息的有序性，否则需要使用queue来实现每个线程post的Event是有序的；
具体使用举例如下：在MetaServerChangeEventHandler中有如下代码投放消息。
eventCenter.post(new StartTaskEvent(set));
eventCenter.post(new DataServerChangeEvent(result.getNodes(), versionMap,
DataServerChangeEvent.FromType.REGISTER_META));
3.2.2 执行 & 解耦
handler中声明了自己支持什么种类的event，当register时候，会以event为key，把自己注册到eventCenter的map中，在 post 函数中，根据event的class，取出了handler，从而执行，也做到了解耦。
3.2.3 Listener列表
在观察者模式中，事件源中会维护一个Listener的列表，而且向这个事件源注册的Listener一般只会收到一类事件的通知，如果Listener对多个不同类的事件感兴趣，则需要向多个事件源注册。
EventCenter 是怎样实现Listener一次注册，能够知道Listener对那些事件感兴趣的，进而在有某类事件发生时通知到Listener的呢？
答案在ArrayListMultimap，其key是Event，其 Value 就是 AbstractEventHandler。这个 map 就是 Event 事件类型 和对其感兴趣的处理函数的列表，一个 Event 可能有多个处理函数。
3.2.4 ArrayListMultimap
顾名思义，com.google.common.collect.ArrayListMultimap 可以在key对应的value中设置一个ArrayList。这样就保证了一个事件可以有多个处理函数。
具体可以见下例子。
import com.google.common.collect.ArrayListMultimap;
import com.google.common.collect.Multimap;
import java.util.Collection;
public class testArrayListMultimap {
static void main() {
Multimap<String, String> multimap = ArrayListMultimap.create();
multimap.put("fruit", "banana");
multimap.put("fruit", "apple");
multimap.put("fruit", "apple");
multimap.put("fruit", "peach");
multimap.put("fish","crucian");
multimap.put("fish","carp");
System.err.println(multimap.size());//6
Collection<String> fruits = multimap.get("fruit");
System.err.println(fruits);//[bannana, apple, apple, peach]
}
}
3.3 Listener
Listener 是由 AbstractEventHandler 的派生类实现的。
3.3.1 基类
EventHandler基类AbstractEventHandler定义具体如下：
public abstract class AbstractEventHandler<Event> implements InitializingBean {
@Autowired
private EventCenter eventCenter;
@Override
public void afterPropertiesSet() throws Exception {
eventCenter.register(this);
}
/**
* event handle func
* @param event
*/
public void handle(Event event) {
doHandle(event);
}
public abstract List<Class<? extends Event>> interest();
public abstract void doHandle(Event event);
}
其主要作用为三点：
- 派生类必须实现interest来声明自己想处理什么Event，而且Event是配置在一个数组中，这样就使得一个函数可以处理多个事件。
@Override
public List<Class<? extends LocalDataServerChangeEvent>> interest() {
return Lists.newArrayList(LocalDataServerChangeEvent.class);
}
-
派生类实现doHandle来处理消息；
-
因为afterPropertiesSet中做了设定，所以每一个继承此类的Handler都会自动注册到EventCenter之中。
3.3.2 派生类
以MetaServerChangeEventHandler为例，只要在interest函数中声明自己对哪些消息感兴趣，在doHandle函数中实现业务即可。
public class MetaServerChangeEventHandler extends AbstractEventHandler<MetaServerChangeEvent> {
@Override
public List<Class<? extends MetaServerChangeEvent>> interest() {
return Lists.newArrayList(MetaServerChangeEvent.class);
}
@Override
public void doHandle(MetaServerChangeEvent event) {
......
}
}
3.3.2 自动注册
这里需要专门说一下自动注册，因为初接触者很容易疏漏从而感到奇怪。
自动注册使用的是Spring的afterPropertiesSet方法完成。
afterPropertiesSet方法可以针对某个具体的bean进行配置，其将在Bean所有的属性被初始化后调用，但是会在init前调用。afterPropertiesSet 必须实现 InitializingBean接口。
package org.springframework.beans.factory;
public interface InitializingBean {
void afterPropertiesSet() throws Exception;
}
基类AbstractEventHandler实现InitializingBean接口。
public abstract class AbstractEventHandler<Event> implements InitializingBean
而每一个派生类就注册了派生类本身到eventCenter。
@Override
public void afterPropertiesSet() throws Exception {
eventCenter.register(this);
}
3.4 核心消息
具体涉及到业务，EventCenter主要处理三种消息：
- DataServerChangeEvent，是其他Data Server的节点变化消息；
- MetaServerChangeEvent，是Meta Sever的变化消息；
- StartTaskEvent：；
分别对应三个消息处理handler：
-
public class DataServerChangeEventHandler extends AbstractEventHandler
-
public class MetaServerChangeEventHandler extends AbstractEventHandler
-
public class StartTaskEventHandler extends AbstractEventHandler
我们用 StartTaskEvent 举例，具体消息内容根据具体业务设置。
public class StartTaskEvent implements Event {
private final Set<StartTaskTypeEnum> suitableTypes;
public StartTaskEvent(Set<StartTaskTypeEnum> suitableTypes) {
this.suitableTypes = suitableTypes;
}
public Set<StartTaskTypeEnum> getSuitableTypes() {
return suitableTypes;
}
}
3.5 主要逻辑
EventCenter主要逻辑如下图所示：
+------------------------------+
| MetaServerChangeEventHandler |
+-----------+------------------+
|
| post(new StartTaskEvent)
|
|
| +------------------------+
v | StartTaskEventHandler |
+---------------------+-----------------------+ | |
| EventCenter | | +--------------------+ |
| | | | | |
| +-----------------------------------------+ +---------------------> doHandle | |
| |Multimap< <Event>, AbstractEventHandler> | | | | | |
| +-----------------------------------------+ | <--------------+ afterPropertiesSet | |
| | register | | | |
+---------------------------------------------+ | | interest | |
| | | |
| +--------------------+ |
+------------------------+
手机如下图：
0x04 总结
SOFARegistry EventCenter 的作用与业界大多总线类似：从逻辑上解耦，将事件的接收者和发送者分开，简化组件之间通信。但是阿里的实现有自己的特点，开发者可以借鉴这里的使用技巧和思路。
针对我们前面提出的问题，现在回答如下：
- 因为一个事件往往会有多个投递源，如何解耦事件投递和事件处理之间的逻辑？
- 答案：handler中声明了自己支持什么种类的event，当register时候会以event为key，把自己注册到eventCenter的map中；在 post 函数中，根据event的class，取出了handler从而执行，也做到了解耦。
- 怎样实现Listener一次注册，就能够知道Listener对那些事件感兴趣的，进而在有某类事件发生时通知到Listener的呢？
- 答案：派生类必须实现interest来声明自己想处理什么Event；
- 如何使得一个Listener可以处理多个事件？
- 答案：接上问题，Event是配置在一个数组中，这样就使得一个函数可以处理多个事件。
- 如何使得一个事件被多个Listener处理？
- 答案：采用ArrayListMultimap实现listener列表；
- 可否简化注册流程？
- 答案：自动注册，派生类不需要操心。afterPropertiesSet中做了设定，所以每一个继承此类的Handler都会自动注册到EventCenter之中。
- 是否需要维护消息顺序？
- 答案：不需要，因为是同步处理；
- 处理消息方式是异步还是同步？
- 答案：这里是同步；
- 多个同样消息是否要归并？
- 答案：这里不需要归并，没有业务需求；
0xFF 参考
蚂蚁金服服务注册中心如何实现 DataServer 平滑扩缩容
蚂蚁金服服务注册中心 SOFARegistry 解析 | 服务发现优化之路
