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关于java:Dubbo-编解码那些事

jiezi

一、背景

笔者在一次保护根底公共组件的过程中，不小心批改了类的包门路。蹩脚的是，这个类被各业务在 facade 中进行了援用、传递。侥幸的是，同一个类，在提供者和消费者的包门路不统一，没有引起各业务报错。

怀揣着好奇，对于 Dubbo 的编解码做了几次的 Debug 学习，在此分享一些学习教训。

1.1 RPC 的爱与恨

Dubbo 作为 Java 语言的 RPC 框架，劣势之一在于屏蔽了调用细节，可能像调用本地办法一样调用近程服务，不用为数据格式抓耳饶腮。正是这一个性，也引入来了一些问题。

比方引入 facade 包后呈现 jar 包抵触、服务无奈启动，更新 facade 包后某个类找不到等等问题。引入 jar 包，导致生产方和提供方在某种程度上有了肯定耦合。

正是这种耦合，在提供者批改了 Facade 包类的门路后，习惯性认为会引发报错，而实际上并没有。最后认为很奇怪，认真思考后才认为理当这样，调用方在依照约定的格局和协定根底上，即可与提供方实现通信。并不应该关注提供方自身上下文信息。（认为类的门路属于上下文信息）接下来揭秘 Dubbo 的编码解码过程。

二、Dubbo 编解码

Dubbo 默认用的 netty 作为通信框架，所有剖析都是以 netty 作为前提。波及的源码均为 Dubbo – 2.7.x 版本。在理论过程中，一个服务很有可能既是消费者，也是提供者。为了简化梳理流程，假设都是纯正的消费者、提供者。

2.1 In Dubbo

借用 Dubbo 官网文档的一张图，文档内，定义了通信和序列化层，并没有定义 ” 编解码 ” 含意，在此对 ” 编解码 ” 做简略解释。

编解码 = dubbo 外部编解码链路 + 序列化层

本文旨在梳理从 Java 对象到二进制流，以及二进制流到 Java 对象两种数据格式之间的互相转换。在此目标上，为了便于了解，附加通信层内容，以 encode，decode 为入口，梳理 dubbo 解决链路。又因 Dubbo 外部定义为 Encoder，Decoder，故在此定义为 ” 编解码 ”。

无论是序列化层，还是通信层，都是 Dubbo 高效、稳固运行的基石，理解底层实现逻辑，可能帮忙咱们更好的学习和应用 Dubbo 框架。

2.2 入口

消费者口在 NettyClient#doOpen 办法发动连贯，初始化 BootStrap 时，会在 Netty 的 pipeline 里增加不同类型的 ChannelHandler，其中就有编解码器。

同理，提供者在 NettyServer#doOpen 办法提供服务，初始化 ServerBootstrap 时，会增加编解码器。（adapter.getDecoder（）- 解码器，adapater.getEncoder（）– 编码器）。

NettyClient

       /**
 * Init bootstrap
 *
 * @throws Throwable
 */
@Override
protected void doOpen() throws Throwable {bootstrap = new Bootstrap();
    // ...
    bootstrap.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
 
        @Override
        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
            // ...
            ch.pipeline()
                    .addLast("decoder", adapter.getDecoder())
                    .addLast("encoder", adapter.getEncoder())
                    .addLast("client-idle-handler", new IdleStateHandler(heartbeatInterval, 0, 0, MILLISECONDS))
                    .addLast("handler", nettyClientHandler);
            // ...
        }
    });
}

NettyServer

      /**
 * Init and start netty server
 *
 * @throws Throwable
 */
@Override
protected void doOpen() throws Throwable {bootstrap = new ServerBootstrap();
    // ...
 
    bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
            .channel(NettyEventLoopFactory.serverSocketChannelClass())
            .option(ChannelOption.SO_REUSEADDR, Boolean.TRUE)
            .childOption(ChannelOption.TCP_NODELAY, Boolean.TRUE)
            .childOption(ChannelOption.ALLOCATOR, PooledByteBufAllocator.DEFAULT)
            .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                @Override
                protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                    // ...
                    ch.pipeline()
                            .addLast("decoder", adapter.getDecoder())
                            .addLast("encoder", adapter.getEncoder())
                            .addLast("server-idle-handler", new IdleStateHandler(0, 0, idleTimeout, MILLISECONDS))
                            .addLast("handler", nettyServerHandler);
                }
            });
    // ...
}

2.3 生产端链路

消费者在发送音讯时编码，接管响应时解码。

发送音讯 

ChannelInboundHandler
...
NettyCodecAdapter#getEncoder()
    ->NettyCodecAdapter$InternalEncoder#encode
         ->DubboCountCodec#encode
             ->DubboCodec#encode
                ->ExchangeCodec#encode
                ->ExchangeCodec#encodeRequest
 
DubboCountCodec 类理论援用的是 DubboCodec，因 DubboCodec 继承于 ExchangeCodec，并未重写 encode 办法，所以理论代码跳转会间接进入 ExchangeCodec#encode 办法

接管响应 

NettyCodecAdapter#getDecoder()
    ->NettyCodecAdapter$InternalDecoder#decode
         ->DubboCountCodec#decode
             ->DubboCodec#decode
                 ->ExchangeCodec#decode
             ->DubboCodec#decodeBody
...
MultiMessageHandler#received
    ->HeartbeatHadnler#received
        ->AllChannelHandler#received
...
ChannelEventRunnable#run
    ->DecodeHandler#received
    ->DecodeHandler#decode
        ->DecodeableRpcResult#decode
 
解码链路绝对简单，过程中做了两次解码，在一次 DubboCodec#decodeBody 内，并未理论解码 channel 的数据，而是构建成 DecodeableRpcResult 对象，而后在业务解决的 Handler 里通过异步线程进行理论解码。

2.4 提供端链路

提供者在接管音讯时解码，回复响应时编码。

接管音讯 

NettyCodecAdapter#getDecoder()
    ->NettyCodecAdapter$InternalDecoder#decode
         ->DubboCountCodec#decode
             ->DubboCodec#decode
                 ->ExchangeCodec#decode
             ->DubboCodec#decodeBody
...
MultiMessageHandler#received
    ->HeartbeatHadnler#received
        ->AllChannelHandler#received
...
ChannelEventRunnable#run
    ->DecodeHandler#received
    ->DecodeHandler#decode
        ->DecodeableRpcInvocation#decode
 
提供端解码链路与生产端的相似，区别在于理论解码对象不一样，DecodeableRpcResult 替换成 DecodeableRpcInvocation。体现了 Dubbo 代码里的良好设计，形象解决链路，屏蔽解决细节，流程清晰可复用。

回复响应 

NettyCodecAdapter#getEncoder()
    ->NettyCodecAdapter$InternalEncoder#encode
         ->DubboCountCodec#encode
             ->DubboCodec#encode
                ->ExchangeCodec#encode
                ->ExchangeCodec#encodeResponse
 
与生产方发送音讯链路统一，区别在于最初一步辨别 Request 和 Response，进行不同内容编码

2.5 Dubbo 协定头

Dubbo 反对多种通信协议，如 dubbo 协定，http，rmi，webservice 等等。默认为 Dubbo 协定。作为通信协议，有肯定的协定格局和约定，而这些信息是业务不关注的。是 Dubbo 框架在编码过程中，进行增加和解析。

dubbo 采纳定长音讯头 + 不定长音讯体进行数据传输。以下是音讯头的格局定义

2byte：magic，相似 java 字节码文件里的魔数，用来标识是否是 dubbo 协定的数据包。

1byte： 音讯标记位，5 位序列化 id，1 位心跳还是失常申请，1 位双向还是单向，1 位申请还是响应；

1byte： 响应状态，具体类型见 com.alibaba.dubbo.remoting.exchange.Response；

8byte： 音讯 ID，每一个申请的惟一辨认 id；

4byte： 音讯体 body 长度。

以生产端发送音讯为例，设置音讯头内容的代码见 ExchangeCodec#encodeRequest。

音讯编码 

protected void encodeRequest(Channel channel, ChannelBuffer buffer, Request req) throws IOException {Serialization serialization = getSerialization(channel);
        // header.
        byte[] header = new byte[HEADER_LENGTH];
        // set magic number.
        Bytes.short2bytes(MAGIC, header);
 
        // set request and serialization flag.
        header[2] = (byte) (FLAG_REQUEST | serialization.getContentTypeId());
 
        if (req.isTwoWay()) {header[2] |= FLAG_TWOWAY;
        }
        if (req.isEvent()) {header[2] |= FLAG_EVENT;
        }
 
        // set request id.
        Bytes.long2bytes(req.getId(), header, 4);
 
        // encode request data.
        int savedWriteIndex = buffer.writerIndex();
        buffer.writerIndex(savedWriteIndex + HEADER_LENGTH);
        ChannelBufferOutputStream bos = new ChannelBufferOutputStream(buffer);
        ObjectOutput out = serialization.serialize(channel.getUrl(), bos);
        if (req.isEvent()) {encodeEventData(channel, out, req.getData());
        } else {encodeRequestData(channel, out, req.getData(), req.getVersion());
        }
        out.flushBuffer();
        if (out instanceof Cleanable) {((Cleanable) out).cleanup();}
        bos.flush();
        bos.close();
        int len = bos.writtenBytes();
        checkPayload(channel, len);
        // body length
        Bytes.int2bytes(len, header, 12);
 
        // write
        buffer.writerIndex(savedWriteIndex);
        buffer.writeBytes(header); // write header.
        buffer.writerIndex(savedWriteIndex + HEADER_LENGTH + len);
    }

三、Hessian2

前节梳理了编解码的流程，本节认真看一看对象序列化的细节内容。

咱们晓得，Dubbo 反对多种序列化格局，hessian2，json，jdk 序列化等。hessian2 是阿里对于 hessian 进行了批改，也是 dubbo 默认的序列化框架。在此以生产端发送音讯序列化对象，接管响应反序列化为案例，看看 hessian2 的解决细节，同时解答前言问题。

3.1 序列化

前文提到，申请编码方法在 ExchangeCodec#encodeRequest，其中对象数据的序列化为 DubboCodec#encodeRequestData

DubboCodec

@Override
protected void encodeRequestData(Channel channel, ObjectOutput out, Object data, String version) throws IOException {RpcInvocation inv = (RpcInvocation) data;
 
    out.writeUTF(version);
    // https://github.com/apache/dubbo/issues/6138
    String serviceName = inv.getAttachment(INTERFACE_KEY);
    if (serviceName == null) {serviceName = inv.getAttachment(PATH_KEY);
    }
    out.writeUTF(serviceName);
    out.writeUTF(inv.getAttachment(VERSION_KEY));
 
    out.writeUTF(inv.getMethodName());
    out.writeUTF(inv.getParameterTypesDesc());
    Object[] args = inv.getArguments();
    if (args != null) {for (int i = 0; i < args.length; i++) {out.writeObject(encodeInvocationArgument(channel, inv, i));
        }
    }
    out.writeAttachments(inv.getObjectAttachments());
}

咱们晓得，在 dubbo 调用过程中，是以 Invocation 作为上下文环境存储。这里先写入了版本号，服务名，办法名，办法参数，返回值等信息。随后循环参数列表，对每个参数进行序列化。在此，out 对象即是具体序列化框架对象，默认为 Hessian2ObjectOutput。这个 out 对象作为参数传递进来。

那么是在哪里确认理论序列化对象呢？

从头查看编码的调用链路，ExchangeCodec#encodeRequest 内有如下代码：

ExchangeCodec

protected void encodeRequest(Channel channel, ChannelBuffer buffer, Request req) throws IOException {Serialization serialization = getSerialization(channel);
    // ...
    ObjectOutput out = serialization.serialize(channel.getUrl(), bos);
    if (req.isEvent()) {encodeEventData(channel, out, req.getData());
    } else {encodeRequestData(channel, out, req.getData(), req.getVersion());
    }
    // ...
}

out 对象来自于 serialization 对象，顺着往下看。在 CodecSupport 类有如下代码：

CodecSupport

public static Serialization getSerialization(URL url) {return ExtensionLoader.getExtensionLoader(Serialization.class).getExtension(url.getParameter(Constants.SERIALIZATION_KEY, Constants.DEFAULT_REMOTING_SERIALIZATION));
}

能够看到，这里通过 URL 信息，基于 Dubbo 的 SPI 抉择 Serialization 对象，默认为 hessian2。再看看 serialization.serialize(channel.getUrl(),bos) 办法：

Hessian2Serialization

@Override
public ObjectOutput serialize(URL url, OutputStream out) throws IOException {return new Hessian2ObjectOutput(out);
}

至此，找到了理论序列化对象，参数序列化逻辑较为简单，不做赘述，简述如下： 写入申请参数类型 → 写入参数字段名 → 迭代字段列表，字段序列化 。

3.2 反序列化

绝对于序列化而言，反序列化会多一些束缚。序列化对象时，不须要关怀接收者的理论数据格式。反序列化则不然，须要保障原始数据和对象匹配。（这里的原始数据可能是二进制流，也可能是 json）。

生产端解码链路中有提到，产生了两次解码，第一次未理论解码业务数据，而是转换成 DecodeableRpcResult。具体代码如下：

DubboCodec

@Override
    protected Object decodeBody(Channel channel, InputStream is, byte[] header) throws IOException {byte flag = header[2], proto = (byte) (flag & SERIALIZATION_MASK);
        // get request id.
        long id = Bytes.bytes2long(header, 4);
 
        if ((flag & FLAG_REQUEST) == 0) {
            // decode response...
            try {
                DecodeableRpcResult result;
                if (channel.getUrl().getParameter(DECODE_IN_IO_THREAD_KEY, DEFAULT_DECODE_IN_IO_THREAD)) {
                    result = new DecodeableRpcResult(channel, res, is,
                    (Invocation) getRequestData(id), proto);
                    result.decode();} else {
                    result = new DecodeableRpcResult(channel, res,
                    new UnsafeByteArrayInputStream(readMessageData(is)),
                    (Invocation) getRequestData(id), proto);
                }
                data = result;
            } catch (Throwable t) {// ...}
            return res;
        } else {
            // decode request...
            return req;
        }
    }

关键点

1）对于解码申请还是解码响应做了辨别，对于生产端而言，就是解码响应。对于提供端而言，即是解码申请。

2）为什么会呈现两次解码？具体见这行：

if (channel.getUrl().getParameter(DECODE_IN_IO_THREAD_KEY, DEFAULT_DECODE_IN_IO_THREAD)) {inv = new DecodeableRpcInvocation(channel, req, is, proto);
    inv.decode();} else {
    inv = new DecodeableRpcInvocation(channel, req,
    new UnsafeByteArrayInputStream(readMessageData(is)), proto);
}

decode\_in\_io\_thread\_key – 是否在 io 线程内进行解码，默认是 false，防止在 io 线程内解决业务逻辑，这也是合乎 netty 的举荐做法。所以才有了异步的解码过程。

那看看解码业务对象的代码，还记得在哪儿吗？DecodeableRpcResult#decode

DecodeableRpcResult

@Override
public Object decode(Channel channel, InputStream input) throws IOException {ObjectInput in = CodecSupport.getSerialization(channel.getUrl(), serializationType)
            .deserialize(channel.getUrl(), input);
 
    byte flag = in.readByte();
    switch (flag) {
        case DubboCodec.RESPONSE_NULL_VALUE:
            // ...
        case DubboCodec.RESPONSE_VALUE_WITH_ATTACHMENTS:
            handleValue(in);
            handleAttachment(in);
            break;
        case DubboCodec.RESPONSE_WITH_EXCEPTION_WITH_ATTACHMENTS:
            // ...
        default:
            throw new IOException("Unknown result flag, expect'0''1' '2' '3' '4' '5', but received: " + flag);
    }
    // ...
    return this;
}
 
private void handleValue(ObjectInput in) throws IOException {
    try {Type[] returnTypes;
        if (invocation instanceof RpcInvocation) {returnTypes = ((RpcInvocation) invocation).getReturnTypes();} else {returnTypes = RpcUtils.getReturnTypes(invocation);
        }
        Object value = null;
        if (ArrayUtils.isEmpty(returnTypes)) {
            // This almost never happens?
            value = in.readObject();} else if (returnTypes.length == 1) {value = in.readObject((Class<?>) returnTypes[0]);
        } else {value = in.readObject((Class<?>) returnTypes[0], returnTypes[1]);
        }
        setValue(value);
    } catch (ClassNotFoundException e) {rethrow(e);
    }
}

这里呈现了 ObjectInput，那底层的序列化框架抉择逻辑是怎么样的呢？如何放弃与生产端的序列化框架统一？

每一个序列化框架有一个 id 见 org.apache.dubbo.common.serialize.Constants；

1、申请时，序列化框架是依据 Url 信息进行抉择，默认是 hessian2

2、传输时，会将序列化框架标识写入协定头，具体见 ExchangeCodec#encodeRequest#218

3、提供收到生产端的申请时，会依据这个 id 应用对应的序列化框架。

此次理论持有对象为 Hessian2ObjectInput，因为 readObject 反序列化逻辑解决较为简单，流程如下：

四、常见问题

问题 1：提供端批改了 Facade 里的类门路，生产端反序列化为什么没报错？

答：反序列化时，生产端找不到提供端方返回的类门路时，会 catch 异样，以本地的返回类型为准做解决

问题 2：编码序列化时，没有为什么写入返回值？

答：因为在 Java 中，返回值不作为标识办法的信息之一

问题 3：反序列化流程图中，A 与 B 何时会呈现不统一的状况？A 的信息从何处读取？

答：当提供端批改了类门路时，A 与 B 会呈现不一样；A 的信息来源于，发动申请时，Request 对象里存储的 Invocation 上下文，是本地 jar 包里的返回值类型。

问题 4：提供者增删返回字段，消费者会报错吗？

答：不会，反序列化时，取两者字段交加。

问题 5：提供端批改对象的父类信息，生产端会报错吗？

答：不会，传输中只携带了父类的字段信息，没有携带父类类信息。实例化时，以本地类做实例化，不关联提供方理论代码的父类门路。

问题 6：反序列化过程中，如果返回对象子类和父类存在同名字段，且子类有值，父类无值，会产生什么？

答：在 dubbo – 3.0.x 版本，在会呈现返回字段为空的状况。起因在于编码侧迭代传输字段汇合时（生产端可能编码，提供端也可能编码），父类的字段信息在子类前面。解码侧拿到字段汇合迭代解码时，通过字段 key 拿到反序列化器，此时子类和父类同名，那么第一次反射会设置子类值，第二次反射会设置父类值进行笼罩。

在 dubbo – 2.7.x 版本中，该问题已解决。解决方案也比较简单，在编码侧传输时，通过 Collections.reverse(fields) 反转字段程序。

JavaSerializer

public JavaSerializer(Class cl, ClassLoader loader) {introspectWriteReplace(cl, loader);
        // ...
        List fields = new ArrayList();
        fields.addAll(primitiveFields);
        fields.addAll(compoundFields);
        Collections.reverse(fields);
        // ...
    }

五、写在最初

编解码过程简单艰涩，数据类型多种多样。笔者遇到和理解的究竟无限，以最常见、最简略的数据类型梳理编解码的流程。如有谬误疏漏之处，还请见谅。

作者：vivo 互联网服务器团队 -Sun wen

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