elasticsearch集群发现zendiscovery的Ping机制分析
zenDiscovery实现机制
ping是集群发现的基本手段，通过在网络上广播或者指定ping某些节点获取集群信息，从而可以找到集群的master加入集群。zenDiscovery实现了两种ping机制：广播与单播。本篇将详细分析一些这MulticastZenPing机制的实现为后面的集群发现和master选举做好铺垫。
广播的过程
首先看一下广播（MulticastZenPing），广播的原理很简单，节点启动后向网络发送广播信息，任何收到的节点只要集群名字相同都应该对此广播信息作出回应。这样该节点就获取了集群的相关信息。它定义了一个action："internal:discovery/zen/multicast"和广播的信息头：INTERNAL_HEADER 。之前说过NettyTransport是cluster通信的基础，但是广播却没有使它。它使用了java的MulticastSocket。这里简单的介绍一下MulticastSocket的使用。它是一个UDP 机制的socket，用来进行多个数据包的广播。它可以帮到一个ip形成一个group，任何MulticastSocket都可以join进来，组内的socket发送的信息会被订阅了改组的所有机器接收到。elasticsearch对其进行了封装形成了MulticastChannel，有兴趣可以参考相关源码。
首先看一下MulticastZenPing的几个辅助内部类：
它总共定义了4个内部类，这些内部类和它一起完成广播功能。FinalizingPingCollection是一pingresponse的容器，所有的响应都用它来存储。MulticastPingResponseRequestHandler它是response处理类，类似于之前所说的nettytransportHandler，它虽然使用的不是netty，但是它也定义了一个messageReceived的方法，当收到请求时直接返回一个response。
MulticastPingResponse就不用细说了，它就是一个响应类。最后要着重说一下Receiver类，因为广播并不是使用NettyTransport，因此对于消息处理逻辑都在Receiver中。在初始化MulticastZenPing时会将receiver注册进去。
protected void doStart() throws ElasticsearchException {
try {
....
multicastChannel = MulticastChannel.getChannel(nodeName(), shared,
new MulticastChannel.Config(port, group, bufferSize, ttl, networkService.resolvePublishHostAddress(address)),
new Receiver());//将receiver注册到channel中
} catch (Throwable t) {
....
}
}Receiver类基础了Listener，实现了3个方法,消息经过onMessage方法区分，如果是内部ping则使用handleNodePingRequest方法处理，否则使用handleExternalPingRequest处理，区分方法很简单，就是读取信息都看它是否符合所定义的INTERNAL_HEADER 信息头。
nodeping处理代码
private void handleNodePingRequest(int id, DiscoveryNode requestingNodeX, ClusterName requestClusterName) {
....
final DiscoveryNodes discoveryNodes = contextProvider.nodes();
final DiscoveryNode requestingNode = requestingNodeX;
if (requestingNode.id().equals(discoveryNodes.localNodeId())) {
// 自身发出的ping，忽略
return;
}
//只接受本集群ping
if (!requestClusterName.equals(clusterName)) {
...return;
}
// 两个client间不需要ping
if (!discoveryNodes.localNode().shouldConnectTo(requestingNode)) {return;
}
//新建一个response
final MulticastPingResponse multicastPingResponse = new MulticastPingResponse();
multicastPingResponse.id = id;
multicastPingResponse.pingResponse = new PingResponse(discoveryNodes.localNode(), discoveryNodes.masterNode(), clusterName, contextProvider.nodeHasJoinedClusterOnce());
//无法连接的情况
if (!transportService.nodeConnected(requestingNode)) {
// do the connect and send on a thread pool
threadPool.generic().execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// connect to the node if possible
try {
transportService.connectToNode(requestingNode);
transportService.sendRequest(requestingNode, ACTION_NAME, multicastPingResponse, new EmptyTransportResponseHandler(ThreadPool.Names.SAME) {
@Override
public void handleException(TransportException exp) {
logger.warn("failed to receive confirmation on sent ping response to [{}]", exp, requestingNode);
}
});
} catch (Exception e) {
if (lifecycle.started()) {
logger.warn("failed to connect to requesting node {}", e, requestingNode);
}
}
}
});
} else {
transportService.sendRequest(requestingNode, ACTION_NAME, multicastPingResponse, new EmptyTransportResponseHandler(ThreadPool.Names.SAME) {
@Override
public void handleException(TransportException exp) {
if (lifecycle.started()) {
logger.warn("failed to receive confirmation on sent ping response to [{}]", exp, requestingNode);
}
}
});
}
}
}另外的一个方法是处理外部ping信息，处理过程是返回cluster的信息（这种外部ping的具体作用没有研究不是太清楚）。以上是响应MulticastZenPing的过程，收到其它节点的响应信息后它会把本节点及集群的master节点相关信息返回给广播节点。这样广播节点就获知了集群的相关信息。在MulticastZenPing类中还有一个类 MulticastPingResponseRequestHandler，它的作用是广播节点对其它节点对广播信息响应的回应，广播节点的第二次发送信息的过程。它跟其它TransportRequestHandler一样它有messageReceived方法，在启动时注册到transportserver中，只处理一类action："internal:discovery/zen/multicast"。
ping请求的发送策略
代码如下：
public void ping(final PingListener listener, final TimeValue timeout) {
....
//产生一个id
final int id = pingIdGenerator.incrementAndGet();
try {
receivedResponses.put(id, new PingCollection());
sendPingRequest(id);//第一次发送ping请求
// 等待时间的1/2后再次发送一个请求
threadPool.schedule(TimeValue.timeValueMillis(timeout.millis() / 2), ThreadPool.Names.GENERIC, new AbstractRunnable() {
@Override
public void onFailure(Throwable t) {
logger.warn("[{}] failed to send second ping request", t, id);
finalizePingCycle(id, listener);
}
@Override
public void doRun() {
sendPingRequest(id);
//再过1/2时间再次发送一个请求
threadPool.schedule(TimeValue.timeValueMillis(timeout.millis() / 2), ThreadPool.Names.GENERIC, new AbstractRunnable() {
@Override
public void onFailure(Throwable t) {
logger.warn("[{}] failed to send third ping request", t, id);
finalizePingCycle(id, listener);
}
@Override
public void doRun() {
// make one last ping, but finalize as soon as all nodes have responded or a timeout has past
PingCollection collection = receivedResponses.get(id);
FinalizingPingCollection finalizingPingCollection = new FinalizingPingCollection(id, collection, collection.size(), listener);
receivedResponses.put(id, finalizingPingCollection);
logger.trace("[{}] sending last pings", id);
sendPingRequest(id);
//最后一次发送请求，超时的1/4后
threadPool.schedule(TimeValue.timeValueMillis(timeout.millis() / 4), ThreadPool.Names.GENERIC, new AbstractRunnable() {
@Override
public void onFailure(Throwable t) {
logger.warn("[{}] failed to finalize ping", t, id);
}
@Override
protected void doRun() throws Exception {
finalizePingCycle(id, listener);
}
});
}
});
}
});
} catch (Exception e) {
logger.warn("failed to ping", e);
finalizePingCycle(id, listener);
}
}发送过程主要是调用sendPingRequest(id)方法，在该方法中会将id，信息头，版本，本地节点信息一起写入到BytesStreamOutput中然后将其进行广播，这个广播信息会被其它机器上的Receiver接收并处理，并且响应该ping请求。另外一个需要关注的是以上加说明的部分，它通过链时的定期发送请求，在等待时间内可能会发出4次请求，这种发送方式会造成大量的ping请求重复，幸好ping的资源消耗小，但是好处是可以尽可能保证在timeout这个时间段内集群的新增节点都能收到这个ping信息。在单播中也采用了该策略。
总结
广播的过程：广播使用的是jdk的MulticastSocket，在timeout时间内4次发生ping请求，ping请求包括一个id，信息头，本地节点的一些信息；这些信息在其它节点中被接收到交给Receiver处理，Receiver会将集群的master和本机的相关信息通过transport返回给广播节点。广播节点收到这些信息后会理解使用transport返回一个空的response。至此一个广播过程完成。
在节点分布在多个网段时，广播就失效了，因为广播信息不可达。这个时间就需要使用单播去ping指定的节点获取cluster的相关信息。这就是单播的用处。单播使用的是NettyTransport，它会使用跟广播一样的链式请求向指定的节点发送请求。信息的处理方式是之前所介绍的NettyTransport标准的信息处理过程。
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