【SEDA异步框架】【四】异步框架总体设计与实现 -

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【SEDA异步框架】【四】异步框架总体设计与实现

博客分类：

基于SEDA的异步框架

seda soa 框架高并发

基于SEDA的异步框架设计与实现

四、异步框架总体设计与实现

1、框架中的stage理想结构

前文提到，基于SEDA的异步框架，一个stage的理想结构描述如下：

在这个框架的设想中，一个stage一般需要有如下几个组件：

1、D-MQ：分布式消息中间件。用做事件队列，以进行消息的传递。

2、Local-Queue：本地队列。一般是blockingQueue，用以辅助实现stage内的动态线程池。采用Local-Queue的目的在于避免数据在mq中的堆积导致mq性能下降。

3、Thread Pool：动态线程池。进行事件的并发处理。

4、Worker：事件的具体处理器

5、Stage Controller：stage的性能控制器。用以对stage的队列、资源、调度策略进行控制。

引此为框架的设计理念，于是有了如下基于SEDA的异步框架的架构设计。

2、SEDA异步框架的使用场景

该异步框架可以用来处理如下几个场景的问题：

1、系统资源监控（CPU、内存、线程池、队列）

2、外围服务交互情况（API被调用、上游服务交互、请求方等）监控

3、系统报警（服务异常、接口压力过大等）

4、基于日志和事件的数据挖掘（规则挖掘等）

5、重要业务数据切片转储（里程碑消息、核心服务交互数据等）

6、异步触发的操作（表A写完后异步写表B等）

其使用场景大致可如下图所示：

3、SEDA异步框架系统总体架构

因而，基于以上所述适用范围的框架实现之后的系统架构，一般可如下所示：

当然，以上结构并非绝对的，如有需要，你完全可以通过自己定制bundle和bundle之间的拓扑关系，来实现各种复杂的事件处理过程。你只需要简单通过声明bundle相关配置，即可实现任何按照你所希望的有向图去关联的bundle。框架提供给了你一个经过轻量级封装后的平台，后面的业务逻辑，就靠开发者自己了。

4、异步框架原生态架构（Virtual Bundle）

基于上述的设计理念，最终实现的异步框架的原生态架构如下所示：

异步框架在无任何扩展的时候，其主要组件如下：
       1、bundle：消息中心的核心组件。由读、处理、写三部分功能组成。同时整合开关、定时器、动态线程池等元素来支持多样化的输入和需求。bundle可以从多种数据源获取数据，并进行数据的处理。
       1)开关：用以决定该bundle是否被激活。如未被激活，则该bundle将停止读取数据，同时不会在其他服务上产生该bundle对应的数据（比如在mq上生成该bundle的队列、连接、交换机等。）
       2)定时器：用以指定该bundle是否定时运行。如未指定，则实时运行。
       3)动态线程池：用以支持bundle以同步/异步方式调用。如未指定，则同步运行。
       2、bundle decider：用以对bundle的关键指标进行决策（是否激活、时效性、同步类型等）。并同时提供健康检查。
       3、Work carrier：处理数据的最小单元。

5、异步框架的AMQP实现（AMQP Bundle）

异步框架扩展的AMQP实现，其架构图如下所示：

其主要组件说明如下：
1、amqp bundle：消息中心的核心组件。由读、处理、写三部分功能组成。在整合开关、定时器、动态线程池之余，提供了配置化的订阅订阅管理以及关键行为的声明。

要声明一个bundle仅需声明对应的bean，示例如下：

<!-- 报警消息收集器 -->
<bean id="alarmCollector" class="com.cc.deimos.satellite.core.collector.CommonAmqpCollectBundle">
</bean>

1)开关：用以决定该bundle是否被激活。如未被激活，则该bundle将停止读取数据，同时不会在其他服务上产生该bundle对应的数据（比如在 mq上生成该bundle的队列、连接、交换机等）。加上开关之后，最大的优势在于其可以更方便的支持分布式部署。对不同的部署实例设置不一样的 active设置可以完成不同stage在不同机器的启停。默认激活。我们为bundle加上开关，示例如下：

<!-- 报警消息收集器 -->
<bean id="alarmCollector" class="com.cc.deimos.satellite.core.collector.CommonAmqpCollectBundle">
	<property name="active" value="true" /> 
</bean>

2)定时器：用以指定该bundle是否定时运行。默认实时运行。我们为bundle加上定时器，示例如下：

<!-- 报警消息收集器 -->
<bean id="alarmCollector" class="com.cc.deimos.satellite.core.collector.CommonAmqpCollectBundle">
	<property name="timer" value="0/30 * * * * ?"/>
</bean>

3)动态线程池：用以支持bundle内部的实际数据流处理过程以同步/异步方式调用。默认同步运行。我们为bundle加上动态线程池，示例如下：

<!-- 报警消息收集器 -->
<bean id="alarmCollector" class="com.cc.deimos.satellite.core.collector.CommonAmqpCollectBundle">
        <property name="taskExecutor" ref="alarmCollectBundleExecutor"/>       
</bean>

<!-- 报警信息收集器对应的动态线程池 -->
<bean id="alarmCollectBundleExecutor" class="org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor">
	<property name="corePoolSize" value="2" />
	<property name="maxPoolSize" value="30" />
	<property name="queueCapacity" value="200" />
</bean>

4)订阅发布：用以声明收集和推送信息时所需的交换机和密钥。通过支持逗号分隔的多key组合来支持多对多的上下游bundle关系。每个key的配置语法符合rabbitmq中topic类型的exchange使用规范即可。默认采用“deimos-common”交换机。以下给出几种声明的配置：

其一：最简易配置。配置要订阅和发布的消息key即可。交换机采用默认配置。

<!-- 报警消息收集器 -->
<bean id="alarmCollector" class="com.cc.deimos.satellite.core.collector.CommonAmqpCollectBundle">
        <property name="pubKeys" value="process.alarm.*" />
        <property name="subKeys" value="collect.alarm.*, collect.log.error" />
</bean>

其二：声明特殊的来源和目的地的交换机：

<!-- 报警消息收集器 -->
<bean id="alarmCollector" class="com.cc.deimos.satellite.core.collector.CommonAmqpCollectBundle">
        <property name="pubKeys" value="process.alarm.*" />
        <property name="subKeys" value="collect.alarm.*, collect.log.error" />
        <property name="pubDest" value="spec1" />
        <property name="subDest" value="spec2" />
</bean>

5)事件队列：每个bundle默认实现一个固定格式的独立队列。可通过配置另外指定。可支持bundle监听多队列的需求。如需要特别指定一个或多个事件队列，则示例如下：

<!-- 报警消息收集器 -->
<bean id="alarmCollector" class="com.cc.deimos.satellite.core.collector.CommonAmqpCollectBundle">
        <property name="pubKeys" value="process.alarm.*" />
        <property name="subKeys" value="collect.alarm.*, collect.log.error" />
        <property name="subQueues">
		<list>
			<ref bean="queueForLogError" />
		</list>
	</property>
</bean>

<!-- error日志消息的订阅 -->
<!--
        如队列的声明不采用默认配置，完整声明如下：
       <property name="exchangeName" value="deimos-common" />
       <property name="queue" value="logQueue" />
       <property name="bindingKey" value="collect.log.*" />
-->
<bean id="queueForLogError" class="com.cc.deimos.satellite.bo.AmqpQueueConfig">
	<property name="bindingKey" value="collect.log.error" />
</bean>

6)监听容器：按照默认配置实现，并发数可通过配置指定。bundle如需额外设定channel数量，则示例如下：

<!-- 报警消息收集器 -->
<bean id="alarmCollector" class="com.cc.deimos.satellite.core.collector.CommonAmqpCollectBundle">
        <property name="pubKeys" value="process.alarm.*" />
        <property name="subKeys" value="collect.alarm.*, collect.log.error" />
        <property name="concurrency" value="20" />
</bean>

7）关键行为。用以给发布的消息打上bundle的标签。以辅助其他bundle进行数据筛选和处理。默认以发布的key为关键行为。如需额外声明，则示例如下：

<!-- 报警消息收集器 -->
<bean id="alarmCollector" class="com.cc.deimos.satellite.core.collector.CommonAmqpCollectBundle">
        <property name="pubKeys" value="process.alarm.*" />
        <property name="subKeys" value="collect.alarm.*, collect.log.error" />
        <property name="keyAction" value="ALARM_KEY_INFO" />
</bean>

2、bundle decider：用以对bundle的关键指标进行决策（是否激活、时效性、同步类型等）。并同时提供健康检查。默认采用fix strategy decider（定参策略决策器）。可进行配置来指定所需决策器类型，示例如下：

<!-- 报警消息收集器 -->
<bean id="alarmCollector" class="com.cc.deimos.satellite.core.collector.CommonAmqpCollectBundle">
        <property name="pubKeys" value="process.alarm.*" />
        <property name="subKeys" value="collect.alarm.*, collect.log.error" />
        <property name="strategyDecider" value="FIXED_STRATEGY"/>
</bean>

3、work carrier：处理数据的最小单元。Bundle依据决策器指示的状态同步/异步、实时/定时调用work carrier进行处理。完全对开发者透明。用户者无需关心该组件。bundle将结合decider进行调度。同时work carrier处理后的数据推送过程也对开发者透明。开发者所需要做的就是实现bundle的doWork方法，并将处理之后的数据直接return即可。doWork方法如下所示：

@Override
public Object doWork(List<DeimosSatelliteRequest> message) throws Exception{
    // do somethoing with message then retrun the result;
}

       4、exchange：rabbitmq交换机。默认所有bundle都请求“deimos-common”。可集群化。配置见上。
       5、amq：采用支持amqp协议的rabbitmq。默认单机内存节点。可采用镜像队列或其他方案来进行broker、queue的集群化。
       6、channel：amq信道。可启动多信道并发监听amq队列消息。支持配置化设定。配置见上。

在web/servlet容器启动之后，框架中的各个组件将被依次加载，以下给出了bundle的大致启动流程，也正是因为这个启动流程，将上述的各个组件进行串联，并开始执行各自负责的工作：

以上详细介绍了SEDA框架的AMQP实现中主要组件的作用、声明方式以及实现原理。总结一下，异步框架的AMQP实现中，bundle与bundle之间通过分布式队列rabbitmq进行数据传递，bundle内部提供包含阻塞队列的动态线程池taskExecutor来进行数据处理，同时提供了定时器timer 来控制bundle的定时/实时调用。workcarrier作为消息处理的最小单元，其调用机制完全对用户透明。消息在bundle中的接收、处理和推送由bundle decider组件进行管理。用户只需要简单实现doWork方法和声明bundle配置即可实现消息的处理和传递。

6、一个简单的bundle安装示例

你完全可以只按照如下几步，就可以轻松实现你每个stage：

1、继承AmqpBundle类，实现doWork方法，完成你的业务逻辑。示例如下（通用收集器demo）：

public class CommonAmqpCollectBundle extends SatAmqpBundle {
	/**
	 * 采用并发队列。性能比阻塞队列高
	 */
	public final ConcurrentLinkedQueue<DeimosSatelliteRequest> cacheQueue = new ConcurrentLinkedQueue<DeimosSatelliteRequest>();

	@Override
	public Object doWork(List<DeimosSatelliteRequest> message) throws Exception {
		logger.info("i am now in LogWorker:" + Thread.currentThread().getName() + "message is : " + message
				+ ". now begin to collect!");
		
		// 此处不采用锁，因为其带来的影响很有限
		cacheQueue.addAll(message);
		if (cacheQueue.size() < SatConstant.LOG_BATCH_SIZE) {
			return null;
		}

		// 进行遍历导数据
		List<DeimosSatelliteRequest> list = new ArrayList<DeimosSatelliteRequest>();
		for (int i = 0; i < SatConstant.LOG_BATCH_SIZE && !cacheQueue.isEmpty(); i++) {
			DeimosSatelliteRequest meta = cacheQueue.poll();
			
			// 此时队列也已经为空了
			if(meta == null){
				break;
			}
			
			// 校验
			if(meta.getTimestamp() == null || meta.getRealData() == null || meta.getData() == null){
				logger.error("[deimos-satellite]meta param is error! meta request: " + meta);
				continue;
			}
			
			// 记录关键行为
			if(meta.getData().get(SatApiConstant.KEY_ACTION) == null){
				meta.getData().put(SatApiConstant.KEY_ACTION, keyAction);
			}
			list.add(meta);
		}
		
		// 排序 ，以时间戳为key。考虑到可能出现时间戳一致的情况，所以不能用map。考虑到如果log要push到其他平台或者服务上，
		// 该切片应该先保证自身有序而不能完全依赖于下一个bundle来处理
		Collections.sort(list, new Comparator<DeimosSatelliteRequest>() {
			@Override
			public int compare(DeimosSatelliteRequest o1, DeimosSatelliteRequest o2) {
				if (o1.getTimestamp().longValue() >= o2.getTimestamp()) {
					return -1;
				} else {
					return 1;
				}
			}
		});	
		logger.info("[deimos-satellite]common amqp collctor prepare to push to next bundle............ key action: " + keyAction);		
		return list;
	}	
}

2、对新写的bundle类加上配置声明。以下为最轻便的写法。如果需要额外定制其他bundle参数，参照上面的相关说明，进行定制即可。

<!-- 报警消息收集器，最简易参数声明。在切分成不同stage之后没有什么需要特别关注的潜在性能瓶颈时使用 -->
<bean id="alarmCollector" class="com.cc.deimos.satellite.core.collector.CommonAmqpCollectBundle">
        <property name="pubKeys" value="process.alarm.*" />
        <property name="subKeys" value="collect.alarm.*, collect.log.error" />
</bean>

3、启动服务。至此，你的bundle也就随着服务的启动就自动启动并开始工作了。

以上描述的一个bundle启动的过程，当所需要处理的业务被合理拆解成数个bundle（也就是所谓的stage）之后，就可以形成一个完整的基于工作流的系统实现。以下为基于对来源A进行事件收集的简易报警系统，在被拆解为三个bundle之后的数据流：