helios架构详解（一）服务器端架构

看了“菜鸟耕地”的”.NET开源高性能Socket通信中间件Helios介绍及演示“，觉得这个东西不错。但是由于没有网络编程知识，所以高性能部分我就讲不出来了，主要是想根据开源代码跟大家分享下Helios的架构。

源代码下载地址：https://github.com/helios-io/helios

 首先我们献上服务器端结构图：

这样的一个大图片，估计很多地方都挺迷糊的，我们就详细的讲解下期中的逻辑。

ServerBootstrap类

该类是服务器端的核心类，服务器端提供服务的就是ServerBootstrap对象（实际上是它的子类，并且子类是由这个对象创建的）。

 创建代码时我们会使用代码

 var serverFactory =
                new ServerBootstrap()
                    .SetTransport(TransportType.Tcp)
                    .Build();

• 该类有三个核心属性：IExecutor 、IServerFactory（IConnectionFactory）、NetworkEventLoop。

    public class ServerBootstrap : AbstractBootstrap
    {
        protected IExecutor InternalExecutor { get; set; }

        protected NetworkEventLoop EventLoop
        {
            get
            {
                return EventLoopFactory.CreateNetworkEventLoop(Workers, InternalExecutor);
            }
        }
        protected override IConnectionFactory BuildInternal()
        {
            switch (Type)
            {
                case TransportType.Tcp:
                    return new TcpServerFactory(this);
                case TransportType.Udp:
                    return new UdpServerFactory(this);
                default:
                    throw new InvalidOperationException("This shouldn't happen");
            }
        }

        public new IServerFactory Build()
        {
            return (IServerFactory) BuildInternal();
        }

    }

• 另外一个有特点的地方就是链式编程（可能借鉴于jquery），设置对象都返回个this指针。

    public class ServerBootstrap : AbstractBootstrap
    {
       public ServerBootstrap WorkersShareFiber(bool shareFiber)
        {
            UseSharedFiber = shareFiber;
            SetOption("proxiesShareFiber", UseSharedFiber);
            return this;
        }

        public new ServerBootstrap SetTransport(TransportType type)
        {
            base.SetTransport(type);
            return this;
        }

        public ServerBootstrap WorkerThreads(int workerThreadCount)
        {
            if (workerThreadCount < 1) throw new ArgumentException("Can't be below 1", "workerThreadCount");
            Workers = workerThreadCount;
            return this;
        }

        public ServerBootstrap BufferSize(int bufferSize)
        {
            if (bufferSize < 1024) throw new ArgumentException("Can't be below 1024", "bufferSize");
            BufferBytes = bufferSize;
            return this;
        }

        public ServerBootstrap WorkersAreProxies(bool useProxies)
        {
            UseProxies = useProxies;
            return this;
        }

        public ServerBootstrap Executor(IExecutor executor)
        {
            if (executor == null) throw new ArgumentNullException("executor");
            InternalExecutor = executor;
            return this;
        }

        public new ServerBootstrap SetConfig(IConnectionConfig config)
        {
            base.SetConfig(config);
            return this;
        }

        public new ServerBootstrap SetDecoder(IMessageDecoder decoder)
        {
            base.SetDecoder(decoder);
            return this;
        }

        public new ServerBootstrap SetEncoder(IMessageEncoder encoder)
        {
            base.SetEncoder(encoder);
            return this;
        }

        public new ServerBootstrap SetAllocator(IByteBufAllocator allocator)
        {
            base.SetAllocator(allocator);
            return this;
        }

        public new ServerBootstrap OnConnect(ConnectionEstablishedCallback connectionEstablishedCallback)
        {
            base.OnConnect(connectionEstablishedCallback);
            return this;
        }

        public new ServerBootstrap OnDisconnect(ConnectionTerminatedCallback connectionTerminatedCallback)
        {
            base.OnDisconnect(connectionTerminatedCallback);
            return this;
        }

        public new ServerBootstrap OnReceive(ReceivedDataCallback receivedDataCallback)
        {
            base.OnReceive(receivedDataCallback);
            return this;
        }
        public new ServerBootstrap OnError(ExceptionCallback exceptionCallback)
        {
            base.OnError(exceptionCallback);
            return this;
        }

        public new ServerBootstrap SetOption(string optionKey, object optionValue)
        {
            base.SetOption(optionKey, optionValue);
            return this;
        }
}

我们调用最后，肯定是使用build方法，而build方法实际上调用的是BuildInternal内部方法，而该这又是一个工厂模式（和后满ServerFactory组成抽象工厂？？），会返回TcpServerFactory或者UdpServerFactory。

TcpServerFactory和UdpServerFactory

这俩个类其实没有什么核心代码，但是你网上追溯父类的时候你会发现TcpServerFactory（UdpServerFactory）=>ServerFactoryBase => ServerBootstrap。它们依旧是ServerBootstrap对象。不过不同的地方就是，他们除了爹还有了一个妈妈ServerFactoryBase =>IServerFactory =>IConnectionFactory。

我们看下ServerFactoryBase 源码：

    public abstract class ServerFactoryBase : ServerBootstrap, IServerFactory
    {
        protected ServerFactoryBase(ServerBootstrap other)
            : base(other)
        {
        }

        protected abstract ReactorBase NewReactorInternal(INode listenAddress);

        public IReactor NewReactor(INode listenAddress)
        {
            var reactor = NewReactorInternal(listenAddress);
            reactor.Configure(Config);

            if (ReceivedData != null)
                reactor.OnReceive += (ReceivedDataCallback)ReceivedData.Clone();
            if (ConnectionEstablishedCallback != null)
                reactor.OnConnection += (ConnectionEstablishedCallback)ConnectionEstablishedCallback.Clone();
            if (ConnectionTerminatedCallback != null)
                reactor.OnDisconnection += (ConnectionTerminatedCallback)ConnectionTerminatedCallback.Clone();
            if (ExceptionCallback != null)
                reactor.OnError += (ExceptionCallback) ExceptionCallback.Clone();

            return reactor;
        }

        public IConnection NewConnection()
        {
            return NewConnection(Node.Any());
        }

        public IConnection NewConnection(INode localEndpoint)
        {
            var reactor = (ReactorBase)NewReactor(localEndpoint);
            return reactor.ConnectionAdapter;
        }

        public IConnection NewConnection(INode localEndpoint, INode remoteEndpoint)
        {
            return NewConnection(localEndpoint);
        }
    }

 

发现它们母亲（IConnectionFactory）要做的事都是通过IReactor来完成的。而它们（TcpServerFactory和UdpServerFactory）只是找到合适的IReactor对象而已，另一方面我们也可以看出真正负责网络连接的就是IReactor对象。它就是保证底层通讯的逻辑。

    public sealed class TcpServerFactory : ServerFactoryBase
    {
        public TcpServerFactory(ServerBootstrap other)
            : base(other)
        {
        }

        protected override ReactorBase NewReactorInternal(INode listenAddress)
        {
            if (UseProxies)
                return new TcpProxyReactor(listenAddress.Host, listenAddress.Port, EventLoop, Encoder, Decoder,
                    Allocator, BufferBytes);
            else
                throw new NotImplementedException("Have not implemented non-TCP proxies");
        }
    }

    public sealed class UdpServerFactory : ServerFactoryBase
    {
        public UdpServerFactory(ServerBootstrap other) : base(other)
        {
        }

        protected override ReactorBase NewReactorInternal(INode listenAddress)
        {
            return new UdpProxyReactor(listenAddress.Host, listenAddress.Port, EventLoop, Encoder, Decoder, Allocator, BufferBytes);
        }
    }

 IReactor们

 这里包含TcpServerFactory内部使用的TcpProxyReactor、UdpServerFactory使用的UdpProxyReactor，以及他们的基类ProxyReactorBase、ReactorBase。他们之间的关系为：

• TcpProxyReactor => ProxyReactorBase => ReactorBase =>IReactor
• UdpProxyReactor => ProxyReactorBase => ReactorBase =>IReactor
• ReactorConnectionAdapter =>IConnection（适配器模式，内部封装IReactor）

*严格说ReactorConnectionAdapter 不算是IReactor，它只是适配器模式，使得IReactor对象能够和IConnection对象模式适配 

虽然类不是很多，但估计helios的高效可能核心就和这部分有关系。但是我不太了解通讯相关内容，只能从构建的方式大致的讲下，有兴趣的人可以自己深入研究。

• ReactorBase ：定义了基本操作、事件。对于接收，发送提供默认操作
• ProxyReactorBase ：增加了ReactorResponseChannel对象，重载接收方法（ReceivedData，调用的是ReactorResponseChannel的OnReceive）
• TcpProxyReactor ：重载StartInternal方法，使用TcpReactorResponseChannel进行数据接收
• UdpProxyReactor ：重载StartInternal方法，使用ReactorProxyResponseChannel进行数据接收

ReactorResponseChannel们

 此处包含三个类ReactorResponseChannel、TcpReactorResponseChannel、ReactorProxyResponseChannel。

• ReactorResponseChannel 基类，定义基础操作。主要是Send方法
• TcpReactorResponseChannel，TCP协议下的ReactorResponseChannel实现。
• ReactorProxyResponseChannel，ReactorResponseChannel的代理，实际上就是把ReactorResponseChannel虚方法变成空方法而已。

ReactorResponseChannel中OnReceive方法调用的是”NetworkEventLoop.Receive(data, this);“，将数据发送到EventLoop（消息队列）中。

EventLoop（消息队列）

消息队列一共有三个层次继承，分别是：NetworkEventLoop、ThreadedEventLoop、AbstractEventLoop

继承关系为：NetworkEventLoop=> ThreadedEventLoop=> AbstractEventLoop。

• AbstractEventLoop：内部使用IFiber对象，进行消息处理。所有的处理方法最终走的都是IFiber对象（实际上IFiber中维护一个列表，之后由IFiber对象决定如何处理）
• ThreadedEventLoop：构造函数构建自己的IFiber对象（默认使用的是：DedicatedThreadPoolFiber）
• NetworkEventLoop：将网络事件、数据接收事件用IFiber对象处理

IFiber们

 IFiber的作用不是处理接收的数据，而是在乎用什么样的方式处理数据，比如起几个线程，同步还是异步的处理。IFiber对象有好几个，但是实际上真正用的只有1个（DedicatedThreadPoolFiber），但是不妨碍我们去看看这些对象。

• DedicatedThreadPoolFiber使用hebios自己的线程池技术（DedicatedThreadPool），底层通过线程池来处理数据。
• SynchronousFiber同步处理，当一个操作进入消息队列的时候立即处理
• ThreadPoolFiber使用线程池技术，底层通过线程池来处理数据
• SharedFiber共享Fiber，当NetworkEventLoop.clone()的时候，只是简单的将NetworkEventLoop的IFiber对象传递过来，以达到多个NetworkEventLoop共享IFiber的目的

 最后的处理类：BasicExecutor/TryCatchExecutor

在IFiber里面，我们会默认构造BasicExecutor对象（TryCatchExecutor继承自BasicExecutor，可以catch住异常），这个类会最终处理服务器端的数据请求。

总结：服务器端处理数据的顺序为：创建ServerBootstrap对象，构建出它的子类（IConnectionFactory），之后分别进行网络通讯（IReactor），通讯管道（ReactorResponseChannel）对数据接收发送管理，之后数据进入消息队列（EventLoop），服务器端决定处理数据的线程技术（IFiber），最终将数据处理（BasicExecutor）

*这不是真实的接送逻辑，而是我们沿着源代码求索逻辑的顺序。