注册中心——multicast
目标：解释以为multicast实现的注册中心原理，理解单播、广播、多播区别，解读duubo-registry-multicast的源码
这是dubbo实现注册中心的第二种方式，也是dubbo的demo模块中用的注册中心实现方式。multicast其实是用到了MulticastSocket来实现的。
我这边稍微补充一点关于多点广播，也就是MulticastSocket的介绍。MulticastSocket类是继承了DatagramSocket类，DatagramSocket只允许把数据报发送给一个指定的目标地址，而MulticastSocket可以将数据报以广播的形式发送给多个客户端。它的思想是MulticastSocket会把一个数据报发送给一个特定的多点广播地址，这个多点广播地址是一组特殊的网络地址，当客户端需要发送或者接收广播信息时，只要加入该组就好。IP协议为多点广播提供了一批特殊的IP地址，地址范围是224.0.0.0至239.255.255.255。MulticastSocket类既可以将数据报发送到多点广播地址，也可以接收其他主机的广播信息。
以上是对multicast背景的简略介绍，接下来让我们具体的来看dubbo怎么把MulticastSocket运用到注册中心的实现中。
我们先来看看包下面有哪些类：
multicast目录
可以看到跟默认的注册中心的包结构非常类似。接下来我们就来解读一下这两个类。
（一）MulticastRegistry
该类继承了FailbackRegistry类，该类就是针对注册中心核心的功能注册、订阅、取消注册、取消订阅，查询注册列表进行展开，利用广播的方式去实现。
1.属性
// logging output
// 日志记录输出
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MulticastRegistry.class);
// 默认的多点广播端口
private static final int DEFAULT_MULTICAST_PORT = 1234;
// 多点广播的地址
private final InetAddress mutilcastAddress;
// 多点广播
private final MulticastSocket mutilcastSocket;
// 多点广播端口
private final int mutilcastPort;
//收到的URL
private final ConcurrentMap<URL, Set<URL>> received = new ConcurrentHashMap<URL, Set<URL>>();
// 任务调度器
private final ScheduledExecutorService cleanExecutor = Executors.newScheduledThreadPool(1, new NamedThreadFactory(“DubboMulticastRegistryCleanTimer”, true));
// 定时清理执行器，一定时间清理过期的url
private final ScheduledFuture<?> cleanFuture;
// 清理的间隔时间
private final int cleanPeriod;
// 管理员权限
private volatile boolean admin = false;
看上面的属性，需要关注以下几个点：
mutilcastSocket，该类是muticast注册中心实现的关键，这里补充一下单播、广播、以及多播的区别，因为下面会涉及到。单播是每次只有两个实体相互通信，发送端和接收端都是唯一确定的；广播目的地址为网络中的全体目标，而多播的目的地址是一组目标，加入该组的成员均是数据包的目的地。
关注任务调度器和清理计时器，该类封装了定时清理过期的服务的策略。
2.构造方法
public MulticastRegistry(URL url) {
super(url);
if (url.isAnyHost()) {
throw new IllegalStateException(“registry address == null”);
}
if (!isMulticastAddress(url.getHost())) {
throw new IllegalArgumentException(“Invalid multicast address ” + url.getHost() + “, scope: 224.0.0.0 – 239.255.255.255”);
}
try {
mutilcastAddress = InetAddress.getByName(url.getHost());
// 如果url携带的配置中没有端口号，则使用默认端口号
mutilcastPort = url.getPort() <= 0 ? DEFAULT_MULTICAST_PORT : url.getPort();
mutilcastSocket = new MulticastSocket(mutilcastPort);
// 禁用多播数据报的本地环回
mutilcastSocket.setLoopbackMode(false);
// 加入同一组广播
mutilcastSocket.joinGroup(mutilcastAddress);
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
byte[] buf = new byte[2048];
// 实例化数据报
DatagramPacket recv = new DatagramPacket(buf, buf.length);
while (!mutilcastSocket.isClosed()) {
try {
// 接收数据包
mutilcastSocket.receive(recv);
String msg = new String(recv.getData()).trim();
int i = msg.indexOf(‘\n’);
if (i > 0) {
msg = msg.substring(0, i).trim();
}
// 接收消息请求，根据消息并相应操作，比如注册，订阅等
MulticastRegistry.this.receive(msg, (InetSocketAddress) recv.getSocketAddress());
Arrays.fill(buf, (byte) 0);
} catch (Throwable e) {
if (!mutilcastSocket.isClosed()) {
logger.error(e.getMessage(), e);
}
}
}
}
}, “DubboMulticastRegistryReceiver”);
// 设置为守护进程
thread.setDaemon(true);
// 开启线程
thread.start();
} catch (IOException e) {
throw new IllegalStateException(e.getMessage(), e);
}
// 优先从url中获取清理延迟配置，若没有，则默认为60s
this.cleanPeriod = url.getParameter(Constants.SESSION_TIMEOUT_KEY, Constants.DEFAULT_SESSION_TIMEOUT);
// 如果配置了需要清理
if (url.getParameter(“clean”, true)) {
// 开启计时器
this.cleanFuture = cleanExecutor.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
// 清理过期的服务
clean(); // Remove the expired
} catch (Throwable t) { // Defensive fault tolerance
logger.error(“Unexpected exception occur at clean expired provider, cause: ” + t.getMessage(), t);
}
}
}, cleanPeriod, cleanPeriod, TimeUnit.MILLISECONDS);
} else {
this.cleanFuture = null;
}
}
这个构造器最关键的就是一个线程和一个定时清理任务。
线程中做的工作是根据接收到的消息来判定是什么请求，作出对应的操作，只要mutilcastSocket没有断开，就一直接收消息，内部的实现体现在receive方法中，下文会展开讲述。
定时清理任务是清理过期的注册的服务。通过两次socket的尝试来判定是否过期。clean方法下文会展开讲述
3.isMulticastAddress
private static boolean isMulticastAddress(String ip) {
int i = ip.indexOf(‘.’);
if (i > 0) {
String prefix = ip.substring(0, i);
if (StringUtils.isInteger(prefix)) {
int p = Integer.parseInt(prefix);
return p >= 224 && p <= 239;
}
}
return false;
}
该方法很简单，为也没写注释，就是判断是否为多点广播地址，地址范围是224.0.0.0至239.255.255.255。
4.clean
private void clean() {
// 当url中携带的服务接口配置为是*时候，才可以执行清理
if (admin) {
for (Set<URL> providers : new HashSet<Set<URL>>(received.values())) {
for (URL url : new HashSet<URL>(providers)) {
// 判断是否过期
if (isExpired(url)) {
if (logger.isWarnEnabled()) {
logger.warn(“Clean expired provider ” + url);
}
//取消注册
doUnregister(url);
}
}
}
}
}
该方法也比较简单，关机的是如何判断过期以及做的取消注册的操作。下面会展开讲解这几个方法。
5.isExpired
private boolean isExpired(URL url) {
// 如果为非动态管理模式或者协议是consumer、route或者override，则没有过期
if (!url.getParameter(Constants.DYNAMIC_KEY, true)
|| url.getPort() <= 0
|| Constants.CONSUMER_PROTOCOL.equals(url.getProtocol())
|| Constants.ROUTE_PROTOCOL.equals(url.getProtocol())
|| Constants.OVERRIDE_PROTOCOL.equals(url.getProtocol())) {
return false;
}
Socket socket = null;
try {
// 利用url携带的主机地址和端口号实例化socket
socket = new Socket(url.getHost(), url.getPort());
} catch (Throwable e) {
// 如果实例化失败，等待100ms重试第二次，如果还失败，则判定已过期
try {
// 等待100ms
Thread.sleep(100);
} catch (Throwable e2) {
}
Socket socket2 = null;
try {
socket2 = new Socket(url.getHost(), url.getPort());
} catch (Throwable e2) {
return true;
} finally {
if (socket2 != null) {
try {
socket2.close();
} catch (Throwable e2) {
}
}
}
} finally {
if (socket != null) {
try {
socket.close();
} catch (Throwable e) {
}
}
}
return false;
}
这个方法就是判断服务是否过期，有两次尝试socket的操作，如果尝试失败，则判断为过期。
6.receive
private void receive(String msg, InetSocketAddress remoteAddress) {
if (logger.isInfoEnabled()) {
logger.info(“Receive multicast message: ” + msg + ” from ” + remoteAddress);
}
// 如果这个消息是以register、unregister、subscribe开头的，则进行相应的操作
if (msg.startsWith(Constants.REGISTER)) {
URL url = URL.valueOf(msg.substring(Constants.REGISTER.length()).trim());
// 注册服务
registered(url);
} else if (msg.startsWith(Constants.UNREGISTER)) {
URL url = URL.valueOf(msg.substring(Constants.UNREGISTER.length()).trim());
// 取消注册服务
unregistered(url);
} else if (msg.startsWith(Constants.SUBSCRIBE)) {
URL url = URL.valueOf(msg.substring(Constants.SUBSCRIBE.length()).trim());
// 获得以及注册的url集合
Set<URL> urls = getRegistered();
if (urls != null && !urls.isEmpty()) {
for (URL u : urls) {
// 判断是否合法
if (UrlUtils.isMatch(url, u)) {
String host = remoteAddress != null && remoteAddress.getAddress() != null
? remoteAddress.getAddress().getHostAddress() : url.getIp();
// 建议服务提供者和服务消费者在不同机器上运行，如果在同一机器上，需设置unicast=false
// 同一台机器中的多个进程不能单播单播，或者只有一个进程接收信息，发给消费者的单播消息可能被提供者抢占，两个消费者在同一台机器也一样，
// 只有multicast注册中心有此问题
if (url.getParameter(“unicast”, true) // Whether the consumer’s machine has only one process
&& !NetUtils.getLocalHost().equals(host)) { // Multiple processes in the same machine cannot be unicast with unicast or there will be only one process receiving information
unicast(Constants.REGISTER + ” ” + u.toFullString(), host);
} else {
broadcast(Constants.REGISTER + ” ” + u.toFullString());
}
}
}
}
}/* else if (msg.startsWith(UNSUBSCRIBE)) {
}*/
}
可以很清楚的看到，根据接收到的消息开头的数据来判断需要做什么类型的操作，重点在于订阅，可以选择单播订阅还是广播订阅，这个取决于url携带的配置是什么。
7.broadcast
private void broadcast(String msg) {
if (logger.isInfoEnabled()) {
logger.info(“Send broadcast message: ” + msg + ” to ” + mutilcastAddress + “:” + mutilcastPort);
}
try {
byte[] data = (msg + “\n”).getBytes();
// 实例化数据报,重点是目的地址是mutilcastAddress
DatagramPacket hi = new DatagramPacket(data, data.length, mutilcastAddress, mutilcastPort);
// 发送数据报
mutilcastSocket.send(hi);
} catch (Exception e) {
throw new IllegalStateException(e.getMessage(), e);
}
}
这是广播的实现方法，重点是数据报的目的地址是mutilcastAddress。代表着一组地址
8.unicast
private void unicast(String msg, String host) {
if (logger.isInfoEnabled()) {
logger.info(“Send unicast message: ” + msg + ” to ” + host + “:” + mutilcastPort);
}
try {
byte[] data = (msg + “\n”).getBytes();
// 实例化数据报,重点是目的地址是只是单个地址
DatagramPacket hi = new DatagramPacket(data, data.length, InetAddress.getByName(host), mutilcastPort);
// 发送数据报
mutilcastSocket.send(hi);
} catch (Exception e) {
throw new IllegalStateException(e.getMessage(), e);
}
}
这是单播的实现，跟广播的区别就只是目的地址不一样，单播的目的地址就只是一个地址，而广播的是一组地址。
9.doRegister && doUnregister && doSubscribe && doUnsubscribe
@Override
protected void doRegister(URL url) {
broadcast(Constants.REGISTER + ” ” + url.toFullString());
}
@Override
protected void doUnregister(URL url) {
broadcast(Constants.UNREGISTER + ” ” + url.toFullString());
}
@Override
protected void doSubscribe(URL url, NotifyListener listener) {
// 当url中携带的服务接口配置为是*时候，才可以执行清理，类似管理员权限
if (Constants.ANY_VALUE.equals(url.getServiceInterface())) {
admin = true;
}
broadcast(Constants.SUBSCRIBE + ” ” + url.toFullString());
// 对监听器进行同步锁
synchronized (listener) {
try {
listener.wait(url.getParameter(Constants.TIMEOUT_KEY, Constants.DEFAULT_TIMEOUT));
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
@Override
protected void doUnsubscribe(URL url, NotifyListener listener) {
if (!Constants.ANY_VALUE.equals(url.getServiceInterface())
&& url.getParameter(Constants.REGISTER_KEY, true)) {
unregister(url);
}
broadcast(Constants.UNSUBSCRIBE + ” ” + url.toFullString());
}
这几个方法就是实现了父类FailbackRegistry的抽象方法。都是调用了broadcast方法。
10.destroy
@Override
public void destroy() {
super.destroy();
try {
// 取消清理任务
if (cleanFuture != null) {
cleanFuture.cancel(true);
}
} catch (Throwable t) {
logger.warn(t.getMessage(), t);
}
try {
// 把该地址从组内移除
mutilcastSocket.leaveGroup(mutilcastAddress);
// 关闭mutilcastSocket
mutilcastSocket.close();
} catch (Throwable t) {
logger.warn(t.getMessage(), t);
}
// 关闭线程池
ExecutorUtil.gracefulShutdown(cleanExecutor, cleanPeriod);
}
该方法的逻辑跟dubbo注册中心的destroy方法类似，就多了把该地址从组内移除的操作。gracefulShutdown方法我在《dubbo源码解析（四）注册中心——dubbo》中已经讲到。
11.register
@Override
public void register(URL url) {
super.register(url);
registered(url);
}
protected void registered(URL url) {
// 遍历订阅的监听器集合
for (Map.Entry<URL, Set<NotifyListener>> entry : getSubscribed().entrySet()) {
URL key = entry.getKey();
// 判断是否合法
if (UrlUtils.isMatch(key, url)) {
// 通过消费者url获得接收到的服务url集合
Set<URL> urls = received.get(key);
if (urls == null) {
received.putIfAbsent(key, new ConcurrentHashSet<URL>());
urls = received.get(key);
}
// 加入服务url
urls.add(url);
List<URL> list = toList(urls);
for (NotifyListener listener : entry.getValue()) {
// 把服务url的变化通知监听器
notify(key, listener, list);
synchronized (listener) {
listener.notify();
}
}
}
}
}
可以看到该类重写了父类的register方法，不过逻辑没有过多的变化，就是把需要注册的url放入缓存中，如果通知监听器url的变化。
12.unregister
@Override
public void unregister(URL url) {
super.unregister(url);
unregistered(url);
}
protected void unregistered(URL url) {
// 遍历订阅的监听器集合
for (Map.Entry<URL, Set<NotifyListener>> entry : getSubscribed().entrySet()) {
URL key = entry.getKey();
if (UrlUtils.isMatch(key, url)) {
Set<URL> urls = received.get(key);
// 缓存中移除
if (urls != null) {
urls.remove(url);
}
if (urls == null || urls.isEmpty()){
if (urls == null){
urls = new ConcurrentHashSet<URL>();
}
// 设置携带empty协议的url
URL empty = url.setProtocol(Constants.EMPTY_PROTOCOL);
urls.add(empty);
}
List<URL> list = toList(urls);
// 通知监听器 服务url变化
for (NotifyListener listener : entry.getValue()) {
notify(key, listener, list);
}
}
}
}
这个逻辑也比较清晰，把需要取消注册的服务url从缓存中移除，然后如果没有接收的服务url了，就加入一个携带empty协议的url，然后通知监听器服务变化。
13.lookup
@Override
public List<URL> lookup(URL url) {
List<URL> urls = new ArrayList<URL>();
// 通过消费者url获得订阅的服务的监听器
Map<String, List<URL>> notifiedUrls = getNotified().get(url);
// 获得注册的服务url集合
if (notifiedUrls != null && notifiedUrls.size() > 0) {
for (List<URL> values : notifiedUrls.values()) {
urls.addAll(values);
}
}
// 如果为空，则从内存缓存properties获得相关value，并且返回为注册的服务
if (urls.isEmpty()) {
List<URL> cacheUrls = getCacheUrls(url);
if (cacheUrls != null && !cacheUrls.isEmpty()) {
urls.addAll(cacheUrls);
}
}
// 如果还是为空则从缓存registered中获得已注册 服务URL 集合
if (urls.isEmpty()) {
for (URL u : getRegistered()) {
if (UrlUtils.isMatch(url, u)) {
urls.add(u);
}
}
}
// 如果url携带的配置服务接口为*，也就是所有服务，则从缓存subscribed获得已注册 服务URL 集合
if (Constants.ANY_VALUE.equals(url.getServiceInterface())) {
for (URL u : getSubscribed().keySet()) {
if (UrlUtils.isMatch(url, u)) {
urls.add(u);
}
}
}
return urls;
}
该方法是返回注册的服务url列表，可以看到有很多种获得的方法这些缓存都保存在AbstractRegistry类中，相关的介绍可以查看《dubbo源码解析（三）注册中心——开篇》。
14.subscribe && unsubscribe
@Override
public void subscribe(URL url, NotifyListener listener) {
super.subscribe(url, listener);
subscribed(url, listener);
}
@Override
public void unsubscribe(URL url, NotifyListener listener) {
super.unsubscribe(url, listener);
received.remove(url);
}
protected void subscribed(URL url, NotifyListener listener) {
// 查询注册列表
List<URL> urls = lookup(url);
// 通知url
notify(url, listener, urls);
}
这两个重写了父类的方法，分别是订阅和取消订阅。逻辑很简单。
（二）MulticastRegistryFactory
该类继承了AbstractRegistryFactory类，实现了AbstractRegistryFactory抽象出来的createRegistry方法，看一下原代码：
public class MulticastRegistryFactory extends AbstractRegistryFactory {
@Override
public Registry createRegistry(URL url) {
return new MulticastRegistry(url);
}
}
可以看到就是实例化了MulticastRegistry而已，所有这里就不解释了。