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关于java:RPC实现原理之核心技术时间轮

jiezi

1. 为什么须要工夫轮？

在 Dubbo 中，为加强零碎的容错能力，会有相应的监听判断解决机制。比方 RPC 调用的超时机制的实现，消费者判断 RPC 调用是否超时，如果超时会将超时后果返回给应用层。

在 Dubbo 最开始的实现中，是将所有的返回后果（DefaultFuture）都放入一个汇合中，并且通过一个定时工作，每隔肯定工夫距离就扫描所有的 future，一一判断是否超时。

这样的实现形式尽管比较简单，然而存在一个问题就是会有很多无意义的遍历操作开销。比方一个 RPC 调用的超时工夫是 10 秒，而设置的超时断定的定时工作是 2 秒执行一次，那么可能会有 4 次左右无意义的循环检测判断操作。

为了解决上述场景中的相似问题，Dubbo 借鉴 Netty，引入了工夫轮算法，缩小无意义的轮询判断操作。

2. 工夫轮原理

对于以上问题，目标是要缩小额定的扫描操作就能够了。比如说一个定时工作是在 5 秒之后执行，那么在 4.9 秒之后才扫描这个定时工作，这样就能够极大缩小 CPU 开销。这时咱们就能够利用时钟轮的机制了。

时钟轮的本质上是参考了生存中的时钟跳动的原理，那么具体是如何实现呢？

在时钟轮机制中，有时间槽和时钟轮的概念，时间槽就相当于时钟的刻度；而时钟轮就相当于指针跳动的一个周期，咱们能够将每个工作放到对应的时间槽位上。

如果时钟轮有 10 个槽位，而时钟轮一轮的周期是 10 秒，那么咱们每个槽位的单位工夫就是 1 秒，而下一层工夫轮的周期就是 100 秒，每个槽位的单位工夫也就是 10 秒，这就好比秒针与分针，在秒针周期下，刻度单位为秒，在分针周期下，刻度为分。

假如当初咱们有 3 个工作，别离是工作 A（0.9 秒之后执行）、工作 B（2.1 秒后执行）与工作 C（12.1 秒之后执行），咱们将这 3 个工作增加到时钟轮中，工作 A 被放到第 0 槽位，工作 B 被放到第 2 槽位，工作 C 被放到下一层工夫轮的第 2 个槽位，如下图所示：

通过这个场景咱们能够理解到，时钟轮的扫描周期仍是最小单位 1 秒，然而搁置其中的工作并没有重复扫描，每个工作会按要求只扫描执行一次，这样就可能很好的解决 CPU 节约的问题。

这样可能会呈现一个问题，如果一直叠加时钟轮，有限增长，效率是会出现降落，那么该如何解决？

针对于设定三个时钟轮，小时轮，分钟轮，秒级轮。

3. Dubbo 源码分析

次要是通过 Timer，Timeout，TimerTask 几个接口定义了一个定时器的模型，再通过 HashedWheelTimer 这个类实现了一个工夫轮定时器（默认的时间槽的数量是 512，能够自定义这个值）。它对外提供了简略易用的接口，只须要调用 newTimeout 接口，就能够实现对只需执行一次工作的调度。通过该定时器，Dubbo 在响应的场景中实现了高效的任务调度。

工夫轮外围类 HashedWheelTimer 构造：

4. 工夫轮在 RPC 的利用

  1. 调用超时与重试解决 ：下面所讲的客户端调用超时的解决，就能够利用到时钟轮，咱们每发一次申请，都创立一个解决申请超时的定时工作放到时钟轮里，在高并发、高访问量的状况下，时钟轮每次只轮询一个时间槽位中的工作，这样会节俭大量的 CPU。

    源码 FailbackRegistry，代码片段：

        // 构造方法
    public FailbackRegistry(URL url) {super(url);
            this.retryPeriod = url.getParameter(REGISTRY_RETRY_PERIOD_KEY, DEFAULT_REGISTRY_RETRY_PERIOD);    
            // since the retry task will not be very much. 128 ticks is enough.
            // 重试器的时间槽数量，设定为 128
            retryTimer = new HashedWheelTimer(new NamedThreadFactory("DubboRegistryRetryTimer", true), retryPeriod, TimeUnit.MILLISECONDS, 128);
        }
    
    // 失败工夫工作注册器
    private void addFailedRegistered(URL url) {FailedRegisteredTask oldOne = failedRegistered.get(url);
            if (oldOne != null) {return;}
            FailedRegisteredTask newTask = new FailedRegisteredTask(url, this);
            oldOne = failedRegistered.putIfAbsent(url, newTask);
            if (oldOne == null) {
                // never has a retry task. then start a new task for retry.
                // 旧工作不存在，则搁置工夫轮，开启新一个工作
                retryTimer.newTimeout(newTask, retryPeriod, TimeUnit.MILLISECONDS);
           }
        }

  2. 定时心跳检测 ：RPC 框架调用端定时向服务端发送的心跳检测，来保护连贯状态，咱们能够将心跳的逻辑封装为一个心跳工作，放到时钟轮里。心跳是要定时反复执行的，而时钟轮中的工作执行一遍就被移除了，对于这种须要反复执行的定时工作咱们该如何解决呢？咱们在定时工作逻辑完结的最初，再加上一段逻辑，重设这个工作的执行工夫，把它从新丢回到时钟轮里。这样就能够实现循环执行。

    源码 HeaderExchangeServer 代码片段：

    ...
    // 建设心跳工夫轮，槽位数默认为 128
    private static final HashedWheelTimer IDLE_CHECK_TIMER = new HashedWheelTimer(new NamedThreadFactory("dubbo-server-idleCheck", true), 1,
                TimeUnit.SECONDS, TICKS_PER_WHEEL);
    ...
        // 启动心跳工作检测
        private void startIdleCheckTask(URL url) {if (!server.canHandleIdle()) {AbstractTimerTask.ChannelProvider cp = () -> unmodifiableCollection(HeaderExchangeServer.this.getChannels());
                int idleTimeout = getIdleTimeout(url);
                long idleTimeoutTick = calculateLeastDuration(idleTimeout);
                CloseTimerTask closeTimerTask = new CloseTimerTask(cp, idleTimeoutTick, idleTimeout);
                this.closeTimerTask = closeTimerTask;
    
                // init task and start timer.
                // 开启心跳检测工作
                IDLE_CHECK_TIMER.newTimeout(closeTimerTask, idleTimeoutTick, TimeUnit.MILLISECONDS);
            }
        }
    ...

    连贯检测，会一直执行，退出工夫轮中。

    AbstractTimerTask 源码：
    @Override
public void run(Timeout timeout) throws Exception {Collection<Channel> c = channelProvider.getChannels();
    for (Channel channel : c) {if (channel.isClosed()) {continue;}
        // 调用心跳检测工作
        doTask(channel);
    }
    // 从新放入工夫轮中
    reput(timeout, tick);
}

    还能够参考 HeartbeatTimerTask、ReconnectTimerTask 源码实现。

本文由 mirson 创作，心愿对大家有所帮忙, 谢谢!

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