作者 | 刘晓敏 于雨
一、简介
Java 的世界里，大家广泛使用的一个高性能网络通信框架 netty，很多 RPC 框架都是基于 netty 来实现的。在 golang 的世界里，getty 也是一个类似 netty 的高性能网络通信库。getty 最初由 dubbogo 项目负责人于雨开发，作为底层通信库在 dubbo-go 中使用。随着 dubbo-go 捐献给 apache 基金 会，在社区小伙伴的共同努力下，getty 也最终进入到 apache 这个大家庭，并改名 dubbo-getty 。
18 年的时候，我在公司里实践微服务，当时遇到最大的问题就是分布式事务问题。同年，阿里在社区开源他们的分布式事务解决方案，我也很快关注到这个项目，起初还叫 fescar，后来更名 seata。由于我对开源技术很感兴趣，加了很多社区群，当时也很关注 dubbo-go 这个项目，在里面默默潜水。随着对 seata 的了解，逐渐萌生了做一个 go 版本的分布式事务框架的想法。
要做一个 golang 版的分布式事务框架，首要的一个问题就是如何实现 RPC 通信。dubbo-go 就是很好的一个例子摆在眼前，遂开始研究 dubbo-go 的底层 getty。
二、如何基于 getty 实现 RPC 通信
getty 框架的整体模型图如下：
下面结合相关代码，详述 seata-golang 的 RPC 通信过程。
1. 建立连接
实现 RPC 通信，首先要建立网络连接吧，我们从 client.go 开始看起。
func (c *client) connect() {
var (
err error
ss Session
)
for {
// 建立一个 session 连接
ss = c.dial()
if ss == nil {
// client has been closed
break
}
err = c.newSession(ss)
if err == nil {
// 收发报文
ss.(*session).run()
// 此处省略部分代码
break
}
// don't distinguish between tcp connection and websocket connection. Because
// gorilla/websocket/conn.go:(Conn)Close also invoke net.Conn.Close()
ss.Conn().Close()
}
}
connect() 方法通过 dial() 方法得到了一个 session 连接，进入 dial() 方法：
func (c *client) dial() Session {
switch c.endPointType {
case TCP_CLIENT:
return c.dialTCP()
case UDP_CLIENT:
return c.dialUDP()
case WS_CLIENT:
return c.dialWS()
case WSS_CLIENT:
return c.dialWSS()
}
return nil
}
我们关注的是 TCP 连接，所以继续进入 c.dialTCP() 方法：
func (c *client) dialTCP() Session {
var (
err error
conn net.Conn
)
for {
if c.IsClosed() {
return nil
}
if c.sslEnabled {
if sslConfig, err := c.tlsConfigBuilder.BuildTlsConfig(); err == nil && sslConfig != nil {
d := &net.Dialer{Timeout: connectTimeout}
// 建立加密连接
conn, err = tls.DialWithDialer(d, "tcp", c.addr, sslConfig)
}
} else {
// 建立 tcp 连接
conn, err = net.DialTimeout("tcp", c.addr, connectTimeout)
}
if err == nil && gxnet.IsSameAddr(conn.RemoteAddr(), conn.LocalAddr()) {
conn.Close()
err = errSelfConnect
}
if err == nil {
// 返回一个 TCPSession
return newTCPSession(conn, c)
}
log.Infof("net.DialTimeout(addr:%s, timeout:%v) = error:%+v", c.addr, connectTimeout, perrors.WithStack(err))
<-wheel.After(connectInterval)
}
}
至此，我们知道了 getty 如何建立 TCP 连接，并返回 TCPSession。
2. 收发报文
那它是怎么收发报文的呢，我们回到 connection 方法接着往下看，有这样一行 ss.(*session).run()，在这行代码之后代码都是很简单的操作，我们猜测这行代码运行的逻辑里面一定包含收发报文的逻辑，接着进入 run() 方法：
func (s *session) run() {
// 省略部分代码
go s.handleLoop()
go s.handlePackage()
}
这里起了两个 goroutine，handleLoop 和 handlePackage，看字面意思符合我们的猜想，进入 handleLoop() 方法：
func (s *session) handleLoop() {
// 省略部分代码
for {
// A select blocks until one of its cases is ready to run.
// It choose one at random if multiple are ready. Otherwise it choose default branch if none is ready.
select {
// 省略部分代码
case outPkg, ok = <-s.wQ:
// 省略部分代码
iovec = iovec[:0]
for idx := 0; idx < maxIovecNum; idx++ {
// 通过 s.writer 将 interface{} 类型的 outPkg 编码成二进制的比特
pkgBytes, err = s.writer.Write(s, outPkg)
// 省略部分代码
iovec = append(iovec, pkgBytes)
//省略部分代码
}
// 将这些二进制比特发送出去
err = s.WriteBytesArray(iovec[:]...)
if err != nil {
log.Errorf("%s, [session.handleLoop]s.WriteBytesArray(iovec len:%d) = error:%+v",
s.sessionToken(), len(iovec), perrors.WithStack(err))
s.stop()
// break LOOP
flag = false
}
case <-wheel.After(s.period):
if flag {
if wsFlag {
err := wsConn.writePing()
if err != nil {
log.Warnf("wsConn.writePing() = error:%+v", perrors.WithStack(err))
}
}
// 定时执行的逻辑，心跳等
s.listener.OnCron(s)
}
}
}
}
通过上面的代码，我们不难发现，handleLoop() 方法处理的是发送报文的逻辑，RPC 需要发送的消息首先由 s.writer 编码成二进制比特，然后通过建立的 TCP 连接发送出去。这个 s.writer 对应的 Writer 接口是 RPC 框架必须要实现的一个接口。
继续看 handlePackage() 方法：
func (s *session) handlePackage() {
// 省略部分代码
if _, ok := s.Connection.(*gettyTCPConn); ok {
if s.reader == nil {
errStr := fmt.Sprintf("session{name:%s, conn:%#v, reader:%#v}", s.name, s.Connection, s.reader)
log.Error(errStr)
panic(errStr)
}
err = s.handleTCPPackage()
} else if _, ok := s.Connection.(*gettyWSConn); ok {
err = s.handleWSPackage()
} else if _, ok := s.Connection.(*gettyUDPConn); ok {
err = s.handleUDPPackage()
} else {
panic(fmt.Sprintf("unknown type session{%#v}", s))
}
}
进入 handleTCPPackage() 方法：
func (s *session) handleTCPPackage() error {
// 省略部分代码
conn = s.Connection.(*gettyTCPConn)
for {
// 省略部分代码
bufLen = 0
for {
// for clause for the network timeout condition check
// s.conn.SetReadTimeout(time.Now().Add(s.rTimeout))
// 从 TCP 连接中收到报文
bufLen, err = conn.recv(buf)
// 省略部分代码
break
}
// 省略部分代码
// 将收到的报文二进制比特写入 pkgBuf
pktBuf.Write(buf[:bufLen])
for {
if pktBuf.Len() <= 0 {
break
}
// 通过 s.reader 将收到的报文解码成 RPC 消息
pkg, pkgLen, err = s.reader.Read(s, pktBuf.Bytes())
// 省略部分代码
s.UpdateActive()
// 将收到的消息放入 TaskQueue 供 RPC 消费端消费
s.addTask(pkg)
pktBuf.Next(pkgLen)
// continue to handle case 5
}
if exit {
break
}
}
return perrors.WithStack(err)
}
从上面的代码逻辑我们分析出，RPC 消费端需要将从 TCP 连接收到的二进制比特报文解码成 RPC 能消费的消息，这个工作由 s.reader 实现，所以，我们要构建 RPC 通信层也需要实现 s.reader 对应的 Reader 接口。
3. 底层处理网络报文的逻辑如何与业务逻辑解耦
我们都知道，netty 通过 boss 线程和 worker 线程实现了底层网络逻辑和业务逻辑的解耦。那么，getty 是如何实现的呢？
在 handlePackage() 方法最后，我们看到，收到的消息被放入了 s.addTask(pkg) 这个方法，接着往下分析：
func (s *session) addTask(pkg interface{}) {
f := func() {
s.listener.OnMessage(s, pkg)
s.incReadPkgNum()
}
if taskPool := s.EndPoint().GetTaskPool(); taskPool != nil {
taskPool.AddTaskAlways(f)
return
}
f()
}
pkg 参数传递到了一个匿名方法，这个方法最终放入了 taskPool。这个方法很关键，在我后来写 seata-golang 代码的时候，就遇到了一个坑，这个坑后面分析。
接着我们看一下 taskPool 的定义：
// NewTaskPoolSimple build a simple task pool
func NewTaskPoolSimple(size int) GenericTaskPool {
if size < 1 {
size = runtime.NumCPU() * 100
}
return &taskPoolSimple{
work: make(chan task),
sem: make(chan struct{}, size),
done: make(chan struct{}),
}
}
构建了一个缓冲大 小为 size （默认为 runtime.NumCPU() * 100） 的 channel sem。再看方法 AddTaskAlways(t task)：
func (p *taskPoolSimple) AddTaskAlways(t task) {
select {
case <-p.done:
return
default:
}
select {
case p.work <- t:
return
default:
}
select {
case p.work <- t:
case p.sem <- struct{}{}:
p.wg.Add(1)
go p.worker(t)
default:
goSafely(t)
}
}
加入的任务，会先由 len(p.sem) 个 goroutine 去消费，如果没有 goroutine 空闲，则会启动一个临时的 goroutine 去运行 t()。相当于有 len(p.sem) 个 goroutine 组成了 goroutine pool，pool 中的 goroutine 去处理业务逻辑，而不是由处理网络报文的 goroutine 去运行业务逻辑，从而实现了解耦。写 seata-golang 时遇到的一个坑，就是忘记设置 taskPool 造成了处理业务逻辑和处理底层网络报文逻辑的 goroutine 是同一个，我在业务逻辑中阻塞等待一个任务完成时，阻塞了整个 goroutine，使得阻塞期间收不到任何报文。
4. 具体实现
下面的代码见 getty.go：
// Reader is used to unmarshal a complete pkg from buffer
type Reader interface {
Read(Session, []byte) (interface{}, int, error)
}
// Writer is used to marshal pkg and write to session
type Writer interface {
// if @Session is udpGettySession, the second parameter is UDPContext.
Write(Session, interface{}) ([]byte, error)
}
// ReadWriter interface use for handle application packages
type ReadWriter interface {
Reader
Writer
}
// EventListener is used to process pkg that received from remote session
type EventListener interface {
// invoked when session opened
// If the return error is not nil, @Session will be closed.
OnOpen(Session) error
// invoked when session closed.
OnClose(Session)
// invoked when got error.
OnError(Session, error)
// invoked periodically, its period can be set by (Session)SetCronPeriod
OnCron(Session)
// invoked when getty received a package. Pls attention that do not handle long time
// logic processing in this func. You'd better set the package's maximum length.
// If the message's length is greater than it, u should should return err in
// Reader{Read} and getty will close this connection soon.
//
// If ur logic processing in this func will take a long time, u should start a goroutine
// pool(like working thread pool in cpp) to handle the processing asynchronously. Or u
// can do the logic processing in other asynchronous way.
// !!!In short, ur OnMessage callback func should return asap.
//
// If this is a udp event listener, the second parameter type is UDPContext.
OnMessage(Session, interface{})
}
通过对整个 getty 代码的分析，我们只要实现 ReadWriter 来对 RPC 消息编解码，再实现 EventListener 来处理 RPC 消息的对应的具体逻辑，将 ReadWriter 实现和 EventLister 实现注入到 RPC 的 Client 和 Server 端，则可实现 RPC 通信。
4.1 编解码协议实现
下面是 seata 协议的定义：
在 ReadWriter 接口的实现 RpcPackageHandler 中，调用 Codec 方法对消息体按照上面的格式编解码：
// 消息编码为二进制比特
func MessageEncoder(codecType byte, in interface{}) []byte {
switch codecType {
case SEATA:
return SeataEncoder(in)
default:
log.Errorf("not support codecType, %s", codecType)
return nil
}
}
// 二进制比特解码为消息体
func MessageDecoder(codecType byte, in []byte) (interface{}, int) {
switch codecType {
case SEATA:
return SeataDecoder(in)
default:
log.Errorf("not support codecType, %s", codecType)
return nil, 0
}
}
4.2 Client 端实现
再来看 client 端 EventListener 的实现 RpcRemotingClient：
func (client *RpcRemoteClient) OnOpen(session getty.Session) error {
go func()
request := protocal.RegisterTMRequest{AbstractIdentifyRequest: protocal.AbstractIdentifyRequest{
ApplicationId: client.conf.ApplicationId,
TransactionServiceGroup: client.conf.TransactionServiceGroup,
}}
// 建立连接后向 Transaction Coordinator 发起注册 TransactionManager 的请求
_, err := client.sendAsyncRequestWithResponse(session, request, RPC_REQUEST_TIMEOUT)
if err == nil {
// 将与 Transaction Coordinator 建立的连接保存在连接池供后续使用
clientSessionManager.RegisterGettySession(session)
client.GettySessionOnOpenChannel <- session.RemoteAddr()
}
}()
return nil
}
// OnError ...
func (client *RpcRemoteClient) OnError(session getty.Session, err error) {
clientSessionManager.ReleaseGettySession(session)
}
// OnClose ...
func (client *RpcRemoteClient) OnClose(session getty.Session) {
clientSessionManager.ReleaseGettySession(session)
}
// OnMessage ...
func (client *RpcRemoteClient) OnMessage(session getty.Session, pkg interface{}) {
log.Info("received message:{%v}", pkg)
rpcMessage, ok := pkg.(protocal.RpcMessage)
if ok {
heartBeat, isHeartBeat := rpcMessage.Body.(protocal.HeartBeatMessage)
if isHeartBeat && heartBeat == protocal.HeartBeatMessagePong {
log.Debugf("received PONG from %s", session.RemoteAddr())
}
}
if rpcMessage.MessageType == protocal.MSGTYPE_RESQUEST ||
rpcMessage.MessageType == protocal.MSGTYPE_RESQUEST_ONEWAY {
log.Debugf("msgId:%s, body:%v", rpcMessage.Id, rpcMessage.Body)
// 处理事务消息，提交 or 回滚
client.onMessage(rpcMessage, session.RemoteAddr())
} else {
resp, loaded := client.futures.Load(rpcMessage.Id)
if loaded {
response := resp.(*getty2.MessageFuture)
response.Response = rpcMessage.Body
response.Done <- true
client.futures.Delete(rpcMessage.Id)
}
}
}
// OnCron ...
func (client *RpcRemoteClient) OnCron(session getty.Session) {
// 发送心跳
client.defaultSendRequest(session, protocal.HeartBeatMessagePing)
}
clientSessionManager.RegisterGettySession(session) 的逻辑 4.4 小节分析。
4.3 Server 端 Transaction Coordinator 实现
代码见 DefaultCoordinator：
func (coordinator *DefaultCoordinator) OnOpen(session getty.Session) error {
log.Infof("got getty_session:%s", session.Stat())
return nil
}
func (coordinator *DefaultCoordinator) OnError(session getty.Session, err error) {
// 释放 TCP 连接
SessionManager.ReleaseGettySession(session)
session.Close()
log.Errorf("getty_session{%s} got error{%v}, will be closed.", session.Stat(), err)
}
func (coordinator *DefaultCoordinator) OnClose(session getty.Session) {
log.Info("getty_session{%s} is closing......", session.Stat())
}
func (coordinator *DefaultCoordinator) OnMessage(session getty.Session, pkg interface{}) {
log.Debugf("received message:{%v}", pkg)
rpcMessage, ok := pkg.(protocal.RpcMessage)
if ok {
_, isRegTM := rpcMessage.Body.(protocal.RegisterTMRequest)
if isRegTM {
// 将 TransactionManager 信息和 TCP 连接建立映射关系
coordinator.OnRegTmMessage(rpcMessage, session)
return
}
heartBeat, isHeartBeat := rpcMessage.Body.(protocal.HeartBeatMessage)
if isHeartBeat && heartBeat == protocal.HeartBeatMessagePing {
coordinator.OnCheckMessage(rpcMessage, session)
return
}
if rpcMessage.MessageType == protocal.MSGTYPE_RESQUEST ||
rpcMessage.MessageType == protocal.MSGTYPE_RESQUEST_ONEWAY {
log.Debugf("msgId:%s, body:%v", rpcMessage.Id, rpcMessage.Body)
_, isRegRM := rpcMessage.Body.(protocal.RegisterRMRequest)
if isRegRM {
// 将 ResourceManager 信息和 TCP 连接建立映射关系
coordinator.OnRegRmMessage(rpcMessage, session)
} else {
if SessionManager.IsRegistered(session) {
defer func() {
if err := recover(); err != nil {
log.Errorf("Catch Exception while do RPC, request: %v,err: %w", rpcMessage, err)
}
}()
// 处理事务消息，全局事务注册、分支事务注册、分支事务提交、全局事务回滚等
coordinator.OnTrxMessage(rpcMessage, session)
} else {
session.Close()
log.Infof("close a unhandled connection! [%v]", session)
}
}
} else {
resp, loaded := coordinator.futures.Load(rpcMessage.Id)
if loaded {
response := resp.(*getty2.MessageFuture)
response.Response = rpcMessage.Body
response.Done <- true
coordinator.futures.Delete(rpcMessage.Id)
}
}
}
}
func (coordinator *DefaultCoordinator) OnCron(session getty.Session) {
}
coordinator.OnRegTmMessage(rpcMessage, session) 注册 Transaction Manager，coordinator.OnRegRmMessage(rpcMessage, session) 注册 Resource Manager。具体逻辑分析见 4.4 小节。
消息进入 coordinator.OnTrxMessage(rpcMessage, session) 方法，将按照消息的类型码路由到具体的逻辑当中：
switch msg.GetTypeCode() {
case protocal.TypeGlobalBegin:
req := msg.(protocal.GlobalBeginRequest)
resp := coordinator.doGlobalBegin(req, ctx)
return resp
case protocal.TypeGlobalStatus:
req := msg.(protocal.GlobalStatusRequest)
resp := coordinator.doGlobalStatus(req, ctx)
return resp
case protocal.TypeGlobalReport:
req := msg.(protocal.GlobalReportRequest)
resp := coordinator.doGlobalReport(req, ctx)
return resp
case protocal.TypeGlobalCommit:
req := msg.(protocal.GlobalCommitRequest)
resp := coordinator.doGlobalCommit(req, ctx)
return resp
case protocal.TypeGlobalRollback:
req := msg.(protocal.GlobalRollbackRequest)
resp := coordinator.doGlobalRollback(req, ctx)
return resp
case protocal.TypeBranchRegister:
req := msg.(protocal.BranchRegisterRequest)
resp := coordinator.doBranchRegister(req, ctx)
return resp
case protocal.TypeBranchStatusReport:
req := msg.(protocal.BranchReportRequest)
resp := coordinator.doBranchReport(req, ctx)
return resp
default:
return nil
}
4.4 session manager 分析
Client 端同 Transaction Coordinator 建立连接起连接后，通过 clientSessionManager.RegisterGettySession(session) 将连接保存在 serverSessions = sync.Map{} 这个 map 中。map 的 key 为从 session 中获取的 RemoteAddress 即 Transaction Coordinator 的地址，value 为 session。这样，Client 端就可以通过 map 中的一个 session 来向 Transaction Coordinator 注册 Transaction Manager 和 Resource Manager 了。具体代码见 getty_client_session_manager.go。
Transaction Manager 和 Resource Manager 注册到 Transaction Coordinator 后，一个连接既有可能用来发送 TM 消息也有可能用来发送 RM 消息。我们通过 RpcContext 来标识一个连接信息：
type RpcContext struct {
Version string
TransactionServiceGroup string
ClientRole meta.TransactionRole
ApplicationId string
ClientId string
ResourceSets *model.Set
Session getty.Session
}
当收到事务消息时，我们需要构造这样一个 RpcContext 供后续事务处理逻辑使用。所以，我们会构造下列 map 来缓存映射关系：
var (
// session -> transactionRole
// TM will register before RM, if a session is not the TM registered,
// it will be the RM registered
session_transactionroles = sync.Map{}
// session -> applicationId
identified_sessions = sync.Map{}
// applicationId -> ip -> port -> session
client_sessions = sync.Map{}
// applicationId -> resourceIds
client_resources = sync.Map{}
)
这样，Transaction Manager 和 Resource Manager 分别通过 coordinator.OnRegTmMessage(rpcMessage, session) 和 coordinator.OnRegRmMessage(rpcMessage, session) 注册到 Transaction Coordinator 时，会在上述 client_sessions map 中缓存 applicationId、ip、port 与 session 的关系，在 client_resources map 中缓存 applicationId 与 resourceIds（一个应用可能存在多个 Resource Manager） 的关系。在需要时，我们就可以通过上述映射关系构造一个 RpcContext。这部分的实现和 java 版 seata 有很大的不同，感兴趣的可以深入了解一下。具体代码见 getty_session_manager.go。
至此，我们就分析完了 seata-golang 整个 RPC 通信模型的机制。
三、seata-golang 的未来
seata-golang 从今年 4 月份开始开发，到 8 月份基本实现和 java 版 seata 1.2 协议的互通，对 mysql 数据库实现了 AT 模式（自动协调分布式事务的提交回滚），实现了 TCC 模式，TC 端使用 mysql 存储数据，使 TC 变成一个无状态应用支持高可用部署。下图展示了 AT 模式的原理：
后续，还有许多工作可以做，比如：对注册中心的支持、对配置中心的支持、和 java 版 seata 1.4 的协议互通、其他数据库的支持、raft transaction coordinator 的实现等，希望对分布 式事务问题感兴趣的开发者可以加入进来一起来打造一个完善的 golang 的分布式事务框架。
如果你有任何疑问，欢迎钉钉扫码加入交流群【钉钉群号 33069364】：
作者简介
刘晓敏 (GitHubID dk-lockdown)，目前就职于 h3c 成都分公司，擅长使用 Java/Go 语言，在云原生和微服务相关技术方向均有涉猎，目前专攻分布式事务。 于雨(github @AlexStocks)，dubbo-go 项目和社区负责人，一个有十多年服务端基础架构研发一线工作经验的程序员，陆续参与改进过 Muduo/Pika/Dubbo/Sentinel-go 等知名项目，目前在蚂蚁金服可信原生部从事容器编排和 service mesh 工作。
参考资料
seata 官方：https://seata.apache.org
java 版 seata：https://github.com/apache/incubator-seata
seata-golang 项目地址：https://github.com/apache/incubator-seata-go
seata-golang go 夜读 b站分享：https://www.bilibili.com/video/BV1oz411e72T