2024-01-18  阅读(99)
原文作者:hashcon 原文地址: https://zhanghaoxin.blog.csdn.net/article/details/50680344

2. 前端连接建立与认证

Created with Raphaël 2.1.0MySql连接建立以及认证过程clientclientMySqlMySql1.TCP连接请求2.接受TCP连接3.TCP连接建立4.握手包HandshakePacket5.认证包AuthPacket6.如果验证成功,则返回OkPacket7.默认会发送查询版本信息的包8.返回结果包

2.2 (4)握手包HandshakePacket

NIOReactor其实就是一个网络事件反应转发器。

202401182020173231.png
很多地方会用到NIOReactor,这里先讲FrontendConnection和NIOReactor绑定这一部分。上一节说到,NIOAcceptor的accept()最后将FrontendConnection交给了NIOReactor池其中的一个NIOReactor。调用的是 postRegister(AbstractConnection c)方法。

    final void postRegister(AbstractConnection c) {
            reactorR.registerQueue.offer(c);
            reactorR.selector.wakeup();
        }

postRegister将刚才传入的FrontendConnection放入RW线程的注册队列。之后,唤醒RW线程的selector。
为什么放入RW线程的注册队列,而不是直接注册呢?如果是直接注册,那么就是NIOAcceptor这个线程负责注册,这里就会有锁竞争,因为NIOAcceptor这个线程和每个RW线程会去竞争selector的锁。这样NIOAcceptor就不能高效的处理连接。所以,更好的方式是将FrontendConnection放入RW线程的注册队列,之后让RW线程自己完成注册工作。
RW线程的源代码:

    private final class RW implements Runnable {
            private final Selector selector;
            private final ConcurrentLinkedQueue<AbstractConnection> registerQueue;
            private long reactCount;
    
            private RW() throws IOException {
                this.selector = Selector.open();
                this.registerQueue = new ConcurrentLinkedQueue<AbstractConnection>();
            }
    
            @Override
            public void run() {
                final Selector selector = this.selector;
                Set<SelectionKey> keys = null;
                for (;;) {
                    ++reactCount;
                    try {
                        selector.select(500L);
                        //从注册队列中取出AbstractConnection之后注册读事件
                        //之后做一些列操作,请参考下面注释
                        register(selector);
                        keys = selector.selectedKeys();
                        for (SelectionKey key : keys) {
                            AbstractConnection con = null;
                            try {
                                Object att = key.attachment();
                                if (att != null) {
                                    con = (AbstractConnection) att;
                                    if (key.isValid() && key.isReadable()) {
                                        try {
                                            //异步读取数据并处理数据
                                            con.asynRead();
                                        } catch (IOException e) {
                                            con.close("program err:" + e.toString());
                                            continue;
                                        } catch (Exception e) {
                                            LOGGER.debug("caught err:", e);
                                            con.close("program err:" + e.toString());
                                            continue;
                                        }
                                    }
                                    if (key.isValid() && key.isWritable()) {
                                        //异步写数据
                                        con.doNextWriteCheck();
                                    }
                                } else {
                                    key.cancel();
                                }
                            } catch (CancelledKeyException e) {
                                if (LOGGER.isDebugEnabled()) {
                                    LOGGER.debug(con + " socket key canceled");
                                }
                            } catch (Exception e) {
                                LOGGER.warn(con + " " + e);
                            }
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        LOGGER.warn(name, e);
                    } finally {
                        if (keys != null) {
                            keys.clear();
                        }
    
                    }
                }
            }
    
            private void register(Selector selector) {
                AbstractConnection c = null;
                if (registerQueue.isEmpty()) {
                    return;
                }
                while ((c = registerQueue.poll()) != null) {
                    try {
                        //注册读事件
                        ((NIOSocketWR) c.getSocketWR()).register(selector);
                        //连接注册,对于FrontendConnection是发送HandshakePacket并异步读取响应
                        //响应为AuthPacket,读取其中的信息,验证用户名密码等信息,如果符合条件
                        //则发送OkPacket
                        c.register();
                    } catch (Exception e) {
                        c.close("register err" + e.toString());
                    }
                }
            }
    
        }

因为NIOAcceptor线程和RW线程这两个都会操作RW线程的注册队列,所以要用ConcurrentLinkedQueue
RW线程不断检查selector中需要响应的事件,并如果注册队列不为空,就不断注册其中的AbstractConnection,在这里就是FrontendConnection。
之后执行FrontendConnection的register()方法:

    @Override
        public void register() throws IOException {
            if (!isClosed.get()) {
    
                // 生成认证数据
                byte[] rand1 = RandomUtil.randomBytes(8);
                byte[] rand2 = RandomUtil.randomBytes(12);
    
                // 保存认证数据
                byte[] seed = new byte[rand1.length + rand2.length];
                System.arraycopy(rand1, 0, seed, 0, rand1.length);
                System.arraycopy(rand2, 0, seed, rand1.length, rand2.length);
                this.seed = seed;
    
                // 发送握手数据包
                HandshakePacket hs = new HandshakePacket();
                hs.packetId = 0;
                hs.protocolVersion = Versions.PROTOCOL_VERSION;
                hs.serverVersion = Versions.SERVER_VERSION;
                hs.threadId = id;
                hs.seed = rand1;
                hs.serverCapabilities = getServerCapabilities();
                hs.serverCharsetIndex = (byte) (charsetIndex & 0xff);
                hs.serverStatus = 2;
                hs.restOfScrambleBuff = rand2;
                // 异步写,本节就讲到这里
                hs.write(this);
    
                // 异步读取并处理,这个与RW线程中的asynRead()相同,之后客户端收到握手包返回AuthPacket(就是下一节)就是从这里开始看。
                this.asynRead();
            }
        }

这个方法就是生成HandshakePacket并发送出去,之后异步读取响应。
之前的示例中MySql的HandshakePacket结构:

202401182020175942.png
可以总结出:
HandshakePacket:
- packet length(3 bytes)
- packet number (1)
- protocol version (1)
- version (null terminated string)
- thread id (4)
- salt (8)
- server capabilities (2)
- server charset (1)
- server status (2)
- unused (13)
- salt (12)
- 0x00 — 结束

这里我们看下MyCat中的实现这一部分MySql协议栈的packet类结构:

202401182020180673.png
这里可以看出,每个包都实现了自己的包长度和信息方法,并且针对前段后端连接都有读写方法实现,所以,之后读写数据都会根据场景不同调用这些类中的方法。这些包就是整个MySql协议栈除逻辑外的内容实现。
HandshakePacket.write(FrontendConnection c)方法将上面传入的数据封装成ByteBuffer,并传入给FrontendConnection c的write(ByteBuffer buffer),这个方法直接继承自AbstractConnection:

    public final void write(ByteBuffer buffer) {
            //首先判断是否为压缩协议
            if(isSupportCompress())
            {
                //CompressUtil为压缩协议辅助工具类
                ByteBuffer     newBuffer= CompressUtil.compressMysqlPacket(buffer,this,compressUnfinishedDataQueue);
                //将要写的数据先放入写缓存队列
                writeQueue.offer(newBuffer);
    
            }   else
            {
                //将要写的数据先放入写缓存队列
                writeQueue.offer(buffer);
            }
            try {
                //处理写事件,这个方法比较复杂,需要重点分析其思路
                this.socketWR.doNextWriteCheck();
            } catch (Exception e) {
                LOGGER.warn("write err:", e);
                this.close("write err:" + e);
    
            }
    
        }

如代码注释中所述,先将要写的数据放入写缓冲队列,之后调用NIOSocketWR.doNextWriteCheck()处理写事件。

    public void doNextWriteCheck() {
            //检查是否正在写,看CAS更新writing值是否成功
            if (!writing.compareAndSet(false, true)) {
                return;
            }
    
            try {
                //利用缓存队列和写缓冲记录保证写的可靠性,返回true则为全部写入成功
                boolean noMoreData = write0();
                //因为只有一个线程可以成功CAS更新writing值,所以这里不用再CAS
                writing.set(false);
                //如果全部写入成功而且写入队列为空(有可能在写入过程中又有新的Bytebuffer加入到队列),则取消注册写事件
                //否则,继续注册写事件
                if (noMoreData && con.writeQueue.isEmpty()) {
                    if ((processKey.isValid() && (processKey.interestOps() & SelectionKey.OP_WRITE) != 0)) {
                        disableWrite();
                    }
    
                } else {
    
                    if ((processKey.isValid() && (processKey.interestOps() & SelectionKey.OP_WRITE) == 0)) {
                        enableWrite(false);
                    }
                }
    
            } catch (IOException e) {
                if (AbstractConnection.LOGGER.isDebugEnabled()) {
                    AbstractConnection.LOGGER.debug("caught err:", e);
                }
                con.close("err:" + e);
            }
    
        }
    
        private boolean write0() throws IOException {
            int written = 0;
            ByteBuffer buffer = con.writeBuffer;
            if (buffer != null) {
                //只要写缓冲记录中还有数据就不停写入,但如果写入字节为0,证明网络繁忙,则退出
                while (buffer.hasRemaining()) {
                    written = channel.write(buffer);
                    if (written > 0) {
                        con.netOutBytes += written;
                        con.processor.addNetOutBytes(written);
                        con.lastWriteTime = TimeUtil.currentTimeMillis();
                    } else {
                        break;
                    }
                }
                //如果写缓冲中还有数据证明网络繁忙,计数并退出,否则清空缓冲
                if (buffer.hasRemaining()) {
                    con.writeAttempts++;
                    return false;
                } else {
                    con.writeBuffer = null;
                    con.recycle(buffer);
                }
            }
            //读取缓存队列并写channel
            while ((buffer = con.writeQueue.poll()) != null) {
                if (buffer.limit() == 0) {
                    con.recycle(buffer);
                    con.close("quit send");
                    return true;
                }
                buffer.flip();
                while (buffer.hasRemaining()) {
                    written = channel.write(buffer);
                    if (written > 0) {
                        con.lastWriteTime = TimeUtil.currentTimeMillis();
                        con.netOutBytes += written;
                        con.processor.addNetOutBytes(written);
                        con.lastWriteTime = TimeUtil.currentTimeMillis();
                    } else {
                        break;
                    }
                }
                //如果写缓冲中还有数据证明网络繁忙,计数,记录下这次未写完的数据到写缓冲记录并退出,否则回收缓冲
                if (buffer.hasRemaining()) {
                    con.writeBuffer = buffer;
                    con.writeAttempts++;
                    return false;
                } else {
                    con.recycle(buffer);
                }
            }
            return true;
        }
    
        private void disableWrite() {
            try {
                SelectionKey key = this.processKey;
                key.interestOps(key.interestOps() & OP_NOT_WRITE);
            } catch (Exception e) {
                AbstractConnection.LOGGER.warn("can't disable write " + e + " con "
                        + con);
            }
    
        }
    
        private void enableWrite(boolean wakeup) {
            boolean needWakeup = false;
            try {
                SelectionKey key = this.processKey;
                key.interestOps(key.interestOps() | SelectionKey.OP_WRITE);
                needWakeup = true;
            } catch (Exception e) {
                AbstractConnection.LOGGER.warn("can't enable write " + e);
    
            }
            if (needWakeup && wakeup) {
                processKey.selector().wakeup();
            }
        }

注释已经很详细,如此执行完,便成功将握手包发送给了客户端。
在这里稍微吐槽下,由于MyCat在网络通信上同时做了AIO和NIO,但是在设计上AbstractionConnection和这些并没有关系。但是又涉及到缓存队列,所以设计上出现了一些如下的类模式:

202401182020184254.png
这样应该是不推荐这么设计的,目前我还没想好如何去改善

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