如何理解分布式事务框架seata-golang通信模型

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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 。

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) 的逻辑将在下文中分析。

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。具体逻辑分析见下文。

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：

关于如何理解分布式事务框架seata-golang通信模型就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，可以学到更多知识。如果觉得文章不错，可以把它分享出去让更多的人看到。

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