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[ASP.net教程]helios架构详解(一)服务器端架构


看了“菜鸟耕地”的”.NET开源高性能Socket通信中间件Helios介绍及演示“,觉得这个东西不错。但是由于没有网络编程知识,所以高性能部分我就讲不出来了,主要是想根据开源代码跟大家分享下Helios的架构。

源代码下载地址:https://github.com/helios-io/helios

 首先我们献上服务器端结构图:

这样的一个大图片,估计很多地方都挺迷糊的,我们就详细的讲解下期中的逻辑。

ServerBootstrap类

该类是服务器端的核心类,服务器端提供服务的就是ServerBootstrap对象(实际上是它的子类,并且子类是由这个对象创建的)。

 创建代码时我们会使用代码

 var serverFactory =        new ServerBootstrap()          .SetTransport(TransportType.Tcp)          .Build();

  • 该类有三个核心属性:IExecutor 、IServerFactory(IConnectionFactory)、NetworkEventLoop。
  public class ServerBootstrap : AbstractBootstrap  {    protected IExecutor InternalExecutor { get; set; }    protected NetworkEventLoop EventLoop    {      get      {        return EventLoopFactory.CreateNetworkEventLoop(Workers, InternalExecutor);      }    }    protected override IConnectionFactory BuildInternal()    {      switch (Type)      {        case TransportType.Tcp:          return new TcpServerFactory(this);        case TransportType.Udp:          return new UdpServerFactory(this);        default:          throw new InvalidOperationException("This shouldn't happen");      }    }    public new IServerFactory Build()    {      return (IServerFactory) BuildInternal();    }  }

核心属性和方法
  • 另外一个有特点的地方就是链式编程(可能借鉴于jquery),设置对象都返回个this指针。
  public class ServerBootstrap : AbstractBootstrap  {    public ServerBootstrap WorkersShareFiber(bool shareFiber)    {      UseSharedFiber = shareFiber;      SetOption("proxiesShareFiber", UseSharedFiber);      return this;    }    public new ServerBootstrap SetTransport(TransportType type)    {      base.SetTransport(type);      return this;    }    public ServerBootstrap WorkerThreads(int workerThreadCount)    {      if (workerThreadCount < 1) throw new ArgumentException("Can't be below 1", "workerThreadCount");      Workers = workerThreadCount;      return this;    }    public ServerBootstrap BufferSize(int bufferSize)    {      if (bufferSize < 1024) throw new ArgumentException("Can't be below 1024", "bufferSize");      BufferBytes = bufferSize;      return this;    }    public ServerBootstrap WorkersAreProxies(bool useProxies)    {      UseProxies = useProxies;      return this;    }    public ServerBootstrap Executor(IExecutor executor)    {      if (executor == null) throw new ArgumentNullException("executor");      InternalExecutor = executor;      return this;    }    public new ServerBootstrap SetConfig(IConnectionConfig config)    {      base.SetConfig(config);      return this;    }    public new ServerBootstrap SetDecoder(IMessageDecoder decoder)    {      base.SetDecoder(decoder);      return this;    }    public new ServerBootstrap SetEncoder(IMessageEncoder encoder)    {      base.SetEncoder(encoder);      return this;    }    public new ServerBootstrap SetAllocator(IByteBufAllocator allocator)    {      base.SetAllocator(allocator);      return this;    }    public new ServerBootstrap OnConnect(ConnectionEstablishedCallback connectionEstablishedCallback)    {      base.OnConnect(connectionEstablishedCallback);      return this;    }    public new ServerBootstrap OnDisconnect(ConnectionTerminatedCallback connectionTerminatedCallback)    {      base.OnDisconnect(connectionTerminatedCallback);      return this;    }    public new ServerBootstrap OnReceive(ReceivedDataCallback receivedDataCallback)    {      base.OnReceive(receivedDataCallback);      return this;    }    public new ServerBootstrap OnError(ExceptionCallback exceptionCallback)    {      base.OnError(exceptionCallback);      return this;    }    public new ServerBootstrap SetOption(string optionKey, object optionValue)    {      base.SetOption(optionKey, optionValue);      return this;    }}

链式编程

我们调用最后,肯定是使用build方法,而build方法实际上调用的是BuildInternal内部方法,而该这又是一个工厂模式(和后满ServerFactory组成抽象工厂??),会返回TcpServerFactory或者UdpServerFactory。

TcpServerFactory和UdpServerFactory

这俩个类其实没有什么核心代码,但是你网上追溯父类的时候你会发现TcpServerFactory(UdpServerFactory)=>ServerFactoryBase => ServerBootstrap。它们依旧是ServerBootstrap对象。不过不同的地方就是,他们除了爹还有了一个妈妈ServerFactoryBase =>IServerFactory =>IConnectionFactory。

我们看下ServerFactoryBase 源码:

  public abstract class ServerFactoryBase : ServerBootstrap, IServerFactory  {    protected ServerFactoryBase(ServerBootstrap other)      : base(other)    {    }    protected abstract ReactorBase NewReactorInternal(INode listenAddress);    public IReactor NewReactor(INode listenAddress)    {      var reactor = NewReactorInternal(listenAddress);      reactor.Configure(Config);      if (ReceivedData != null)        reactor.OnReceive += (ReceivedDataCallback)ReceivedData.Clone();      if (ConnectionEstablishedCallback != null)        reactor.OnConnection += (ConnectionEstablishedCallback)ConnectionEstablishedCallback.Clone();      if (ConnectionTerminatedCallback != null)        reactor.OnDisconnection += (ConnectionTerminatedCallback)ConnectionTerminatedCallback.Clone();      if (ExceptionCallback != null)        reactor.OnError += (ExceptionCallback) ExceptionCallback.Clone();      return reactor;    }    public IConnection NewConnection()    {      return NewConnection(Node.Any());    }    public IConnection NewConnection(INode localEndpoint)    {      var reactor = (ReactorBase)NewReactor(localEndpoint);      return reactor.ConnectionAdapter;    }    public IConnection NewConnection(INode localEndpoint, INode remoteEndpoint)    {      return NewConnection(localEndpoint);    }  }

 

发现它们母亲(IConnectionFactory)要做的事都是通过IReactor来完成的。而它们(TcpServerFactory和UdpServerFactory)只是找到合适的IReactor对象而已,另一方面我们也可以看出真正负责网络连接的就是IReactor对象。它就是保证底层通讯的逻辑。

  public sealed class TcpServerFactory : ServerFactoryBase  {    public TcpServerFactory(ServerBootstrap other)      : base(other)    {    }    protected override ReactorBase NewReactorInternal(INode listenAddress)    {      if (UseProxies)        return new TcpProxyReactor(listenAddress.Host, listenAddress.Port, EventLoop, Encoder, Decoder,          Allocator, BufferBytes);      else        throw new NotImplementedException("Have not implemented non-TCP proxies");    }  }

TcpServerFactory
  public sealed class UdpServerFactory : ServerFactoryBase  {    public UdpServerFactory(ServerBootstrap other) : base(other)    {    }    protected override ReactorBase NewReactorInternal(INode listenAddress)    {      return new UdpProxyReactor(listenAddress.Host, listenAddress.Port, EventLoop, Encoder, Decoder, Allocator, BufferBytes);    }  }

UdpServerFactory

 IReactor们

 这里包含TcpServerFactory内部使用的TcpProxyReactor、UdpServerFactory使用的UdpProxyReactor,以及他们的基类ProxyReactorBase、ReactorBase。他们之间的关系为:

  • TcpProxyReactor => ProxyReactorBase => ReactorBase =>IReactor
  • UdpProxyReactor => ProxyReactorBase => ReactorBase =>IReactor
  • ReactorConnectionAdapter =>IConnection(适配器模式,内部封装IReactor)

*严格说ReactorConnectionAdapter 不算是IReactor,它只是适配器模式,使得IReactor对象能够和IConnection对象模式适配 

虽然类不是很多,但估计helios的高效可能核心就和这部分有关系。但是我不太了解通讯相关内容,只能从构建的方式大致的讲下,有兴趣的人可以自己深入研究。

  • ReactorBase :定义了基本操作、事件。对于接收,发送提供默认操作
  • ProxyReactorBase :增加了ReactorResponseChannel对象,重载接收方法(ReceivedData,调用的是ReactorResponseChannel的OnReceive)
  • TcpProxyReactor :重载StartInternal方法,使用TcpReactorResponseChannel进行数据接收
  • UdpProxyReactor :重载StartInternal方法,使用ReactorProxyResponseChannel进行数据接收

ReactorResponseChannel们

 此处包含三个类ReactorResponseChannel、TcpReactorResponseChannel、ReactorProxyResponseChannel。

  • ReactorResponseChannel 基类,定义基础操作。主要是Send方法
  • TcpReactorResponseChannel,TCP协议下的ReactorResponseChannel实现。
  • ReactorProxyResponseChannel,ReactorResponseChannel的代理,实际上就是把ReactorResponseChannel虚方法变成空方法而已。

ReactorResponseChannel中OnReceive方法调用的是”NetworkEventLoop.Receive(data, this);“,将数据发送到EventLoop消息队列)中。

EventLoop(消息队列)

消息队列一共有三个层次继承,分别是:NetworkEventLoop、ThreadedEventLoop、AbstractEventLoop

继承关系为:NetworkEventLoop=> ThreadedEventLoop=> AbstractEventLoop。

  • AbstractEventLoop:内部使用IFiber对象,进行消息处理。所有的处理方法最终走的都是IFiber对象(实际上IFiber中维护一个列表,之后由IFiber对象决定如何处理)
  • ThreadedEventLoop:构造函数构建自己的IFiber对象(默认使用的是:DedicatedThreadPoolFiber)
  • NetworkEventLoop:将网络事件、数据接收事件用IFiber对象处理

IFiber们

 IFiber的作用不是处理接收的数据,而是在乎用什么样的方式处理数据,比如起几个线程,同步还是异步的处理。IFiber对象有好几个,但是实际上真正用的只有1个(DedicatedThreadPoolFiber),但是不妨碍我们去看看这些对象。

  • DedicatedThreadPoolFiber使用hebios自己的线程池技术(DedicatedThreadPool),底层通过线程池来处理数据。
  • SynchronousFiber同步处理,当一个操作进入消息队列的时候立即处理
  • ThreadPoolFiber使用线程池技术,底层通过线程池来处理数据
  • SharedFiber共享Fiber,当NetworkEventLoop.clone()的时候,只是简单的将NetworkEventLoop的IFiber对象传递过来,以达到多个NetworkEventLoop共享IFiber的目的

 最后的处理类:BasicExecutor/TryCatchExecutor

在IFiber里面,我们会默认构造BasicExecutor对象(TryCatchExecutor继承自BasicExecutor,可以catch住异常),这个类会最终处理服务器端的数据请求。

总结:服务器端处理数据的顺序为:创建ServerBootstrap对象,构建出它的子类(IConnectionFactory),之后分别进行网络通讯(IReactor),通讯管道(ReactorResponseChannel)对数据接收发送管理,之后数据进入消息队列(EventLoop),服务器端决定处理数据的线程技术(IFiber),最终将数据处理(BasicExecutor

*这不是真实的接送逻辑,而是我们沿着源代码求索逻辑的顺序。