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zookeeper源码 — 五、处理写请求过程

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  • 处理写请求总体过程
  • 客户端发起写请求
  • follower和leader交互过程
  • follower发送请求给客户端

处理写请求总体过程

zk为了保证分布式数据一致性，使用ZAB协议，在客户端发起一次写请求的时候时候，假设该请求请求到的是follower，follower不会直接处理这个请求，而是转发给leader，由leader发起投票决定该请求最终能否执行成功，所以整个过程client、被请求的follower、leader、其他follower都参与其中。以创建一个节点为例，总体流程如下

从图中可以看出，创建流程为

  1. follower接受请求，解析请求
  2. follower通过FollowerRequestProcessor将请求转发给leader
  3. leader接收请求
  4. leader发送proposal给follower
  5. follower收到请求记录txlog、snapshot
  6. follower发送ack给leader
  7. leader收到ack后进行commit，并且通知所有的learner，发送commit packet给所有的learner

这里说的follower、leader都是server，在zk里面server总共有这么几种

由于server角色不同，对于请求所做的处理不同，每种server包含的processor也不同，下面细说下具体有哪些processor。

follower的processor链

这里的follower是FollowerZooKeeperServer，通过setupRequestProcessors来设置自己的processor链 

FollowerRequestProcessor -> CommitProcessor ->FinalRequestProcessor

每个processor对应的功能为:

FollowerRequestProcessor：

作用：将请求先转发给下一个processor，然后根据不同的OpCode做不同的操作

如果是：sync，先加入org.apache.zookeeper.server.quorum.FollowerZooKeeperServer#pendingSyncs，然后发送给leader

如果是：create等，直接转发

如果是：createSession或者closeSession，如果不是localsession则转发给leader

CommitProcessor ：

有一个WorkerService，将请求封装为CommitWorkRequest执行

作用：

转发请求，读请求直接转发给下一个processor

写请求先放在pendingRequests对应的sessionId下的list中，收到leader返回的commitRequest再处理

  1. 处理读请求（不会改变服务器状态的请求）
  2. 处理committed的写请求（经过leader 处理完成的请求）

维护一个线程池服务WorkerService，每个请求都在单独的线程中处理

  1. 每个session的请求必须按顺序执行
  2. 写请求必须按照zxid顺序执行
  3. 确认一个session中写请求之间没有竞争

FinalRequestProcessor：

总是processor chain上最后一个processor

作用：

  1. 实际处理事务请求的processor
  2. 处理query请求
  3. 返回response给客户端

SyncRequestProcessor：

作用：

  1. 接收leader的proposal进行处理
  2. 从org.apache.zookeeper.server.SyncRequestProcessor#queuedRequests中取出请求记录txlog和snapshot
  3. 然后加入toFlush，从toFlush中取出请求交给org.apache.zookeeper.server.quorum.SendAckRequestProcessor#flush处理

leader的processor链

这里的leader就是LeaderZooKeeperServer

通过setupRequestProcessors来设置自己的processor链 

PrepRequestProcessor -> ProposalRequestProcessor ->CommitProcessor -> Leader.ToBeAppliedRequestProcessor ->FinalRequestProcessor

客户端发起写请求

在客户端启动的时候会创建Zookeeper实例，client会连接到server，后面client在创建节点的时候就可以直接和server通信，client发起创建创建节点请求的过程是： 

org.apache.zookeeper.ZooKeeper#create(java.lang.String, byte[], java.util.List<org.apache.zookeeper.data.ACL>, org.apache.zookeeper.CreateMode)

org.apache.zookeeper.ClientCnxn#submitRequest

org.apache.zookeeper.ClientCnxn#queuePacket
  1. 在 ZooKeeper#create 方法中构造请求的request
  2. 在 ClientCnxn#queuePacket 方法中将request封装到packet中，将packet放入发送队列outgoingQueue中等待发送
    1. SendThread不断从发送队列outgoingQueue中取出packet发送
  3. 通过 packet.wait等待server返回

follower和leader交互过程

client发出请求后，follower会接收并处理该请求。选举结束后follower确定了自己的角色为follower，一个端口和client通信，一个端口和leader通信。监听到来自client的连接口建立新的session，监听对应的socket上的读写事件，如果client有请求发到follower，follower会用下面的方法处理 

org.apache.zookeeper.server.NIOServerCnxn#readPayload

org.apache.zookeeper.server.NIOServerCnxn#readRequest

readPayload这个方法里面会判断是连接请求还是非连接请求，连接请求在之前session建立的文章中介绍过，这里从处理非连接请求开始。

follower接收client请求

follower收到请求之后，先请求请求的opCode类型（这里是create）构造对应的request，然后交给第一个processor执行，follower的第一个processor是FollowerRequestProcessor.

follower转发请求给leader

由于在zk中follower是不能处理写请求的，需要转交给leader处理，在FollowerRequestProcessor中将请求转发给leader，转发请求的调用堆栈是 

serialize(OutputArchive, String):82, QuorumPacket (org.apache.zookeeper.server.quorum), QuorumPacket.java

 writeRecord(Record, String):123, BinaryOutputArchive (org.apache.jute), BinaryOutputArchive.java

 writePacket(QuorumPacket, boolean):139, Learner (org.apache.zookeeper.server.quorum), Learner.java

 request(Request):191, Learner (org.apache.zookeeper.server.quorum), Learner.java

 run():96, FollowerRequestProcessor (org.apache.zookeeper.server.quorum), FollowerRequestProcessor.java

FollowerRequestProcessor是一个线程在zk启动的时候就开始运行，主要逻辑在run方法里面，run方法的主要逻辑是

先把请求提交给CommitProcessor（后面leader发送给follower的commit请求对应到这里），然后将请求转发给leader，转发给leader的过程就是构造一个QuorumPacket，通过之前选举通信的端口发送给leader。

leader接收follower请求

leader获取leader地位以后，启动learnhandler，然后一直在LearnerHandler#run循环，接收来自learner的packet，处理流程是： 

processRequest(Request):1003, org.apache.zookeeper.server.PrepRequestProcessor.java

submitLearnerRequest(Request):150, org.apache.zookeeper.server.quorum.LeaderZooKeeperServer.java

run():625, org.apache.zookeeper.server.quorum.LearnerHandler.java

handler判断是REQUEST请求的话交给leader的processor链处理，将请求放入org.apache.zookeeper.server.PrepRequestProcessor#submittedRequests，即leader的第一个processor。这个processor也是一个线程，从submittedRequests中不断拿出请求处理

processor主要做了：

  1. 交给CommitProcessor等待提交
  2. 交给leader的下一个processor处理：ProposalRequestProcessor

leader 发送proposal给follower

ProposalRequestProcessor主要作用就是讲请求交给下一个processor并且发起投票，将proposal发送给所有的follower。 

// org.apache.zookeeper.server.quorum.Leader#sendPacket

void sendPacket(QuorumPacket qp) {

    synchronized (forwardingFollowers) {

        // 所有的follower，observer没有投票权

        for (LearnerHandler f : forwardingFollowers) {

            f.queuePacket(qp);

        }

    }

}

follower 收到proposal

follower处理proposal请求的调用堆栈 

processRequest(Request):214, org.apache.zookeeper.server.SyncRequestProcessor.java

 logRequest(TxnHeader, Record):89, org.apache.zookeeper.server.quorumFollowerZooKeeperServer.java

 processPacket(QuorumPacket):147, org.apache.zookeeper.server.quorum.Follower.java

 followLeader():102, org.apache.zookeeper.server.quorum.Follower.java

 run():1199, org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeer.java

将请求放入org.apache.zookeeper.server.SyncRequestProcessor#queuedRequests

follower 发送ack

线程SyncRequestProcessor#run从org.apache.zookeeper.server.SyncRequestProcessor#toFlush中取出请求flush，处理过程

  1. follower开始commit，记录txLog和snapShot
  2. 发送commit成功请求给leader，也就是follower给leader的ACK

leader收到ack

leader 收到ack后判断是否收到大多数的follower的ack，如果是说明可以commit，commit后同步给follower

follower收到commit

还是Follower#followLeader里面的while循环收到leader的commit请求后，调用下面的方法处理

org.apache.zookeeper.server.quorum.FollowerZooKeeperServer#commit

最终加入CommitProcessor.committedRequests队列，CommitProcessor主线程发现队列不空表明需要把这个request转发到下一个processor

follower发送请求给客户端

follower的最后一个processor是FinalRequestProcessor，最后会创建对应的节点并且构造response返回给client

总结

本篇文章主要介绍了client发起一次写请求，client、follower和leader各自的处理过程。当然了，为了简单，其中设定了一些具体的场景，比如请求是发送到follower的而不是leader。

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