RabbitMQ客户端源码系列-Connection

前言

本次打算直接上干货分享 RabbitMQ Java 客户端一系列的源码分析 (com.rabbitmq:amqp-client:4.8.3)。

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ps:最近接收到公司的任务就是阅读和分析 spring-rabbit、amqp-client，因此打算一同和大家分享 amqp-client。由于 RabbitMQ 是 Erlang 语言开发(暂时没有对这块分享的计划)。

友情提醒：本次分享适合的人群，需要对 RabbitMQ 有一定的了解。

RabbitMQ Getstarted: https://www.rabbitmq.com/#getstarted。
Java Client API Guide: https://www.rabbitmq.com/api-guide.html。

废话不多话，开整!

Java Client Connection Demo

我们先看一个官网提供的 Java Client Connecting to RabbitMQ Demo。

ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
// "guest"/"guest" by default, limited to localhost connections
factory.setUsername(userName);
factory.setPassword(password);
factory.setVirtualHost(virtualHost);
factory.setHost(hostName);
factory.setPort(portNumber);
Connection conn = factory.newConnection();
Channel channel = connection.createChannel();
byte[] messageBodyBytes = "Hello, world!".getBytes();
channel.basicPublish(EXCHANGE_NAME, routingKey, MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN, messageBodyBytes);
channel.close();
connection.close();

AMQP 协议交互流程

已经使用过 RabbitMQ 的同学相信已经不陌生，因此就简单的描述下：与 RabbitMQ Broker 建立 Connection 和 Channel，发送消息后，关闭 Connection 和 Channel 的过程。下图是针对这个过程使用 Wireshark 抓包查看整个 AMQP 协议的交互流程(172.30.0.74 为客户端即本机 ip;192.168.17.160 为 RabbitMQ Broker 的 ip)。

「client 与 broker 创建Connection、Channel、发送消息」

「client 与 broker 发送心跳(Heartbeat)、关闭Connection、Channel」

为了让读者更容易看得源码，我先给大家描述下 client 与 broker 之间 AMQP 协议的交互流程描述(AMQP 协议中不少命令都是成对存在的，抓包协议中 Info 里的命令是 -，而代码里的是驼峰式此处以代码为准)：

将 AMQP 0-9-1 的连接头写入底层套接字，包含指定的版本信息(客户端告诉 broker 自己使用的协议及版本，底层使用 java 自带的 socket)。
客户端等待 broker 发送的 Connection.Start (broker 告诉客户端通信的协议和版本、SASL认证机制(详细见)、语言环境以及RabbitMQ的版本信息和支持能力)。
客户端接收后发送 Connection.StartOk (客户端告诉 broker 连接使用的帐号和密码、认证机制、语言环境、客户的信息以及能力)。
客户端等待 broker 发送的 Connection.Tune (broker 与客户端进行参数协商)。
客户端接收后发送 Connection.TuneOk (客户端参数 [ChannelMax、FrameMax、Heartbeat] 协商完成后告诉 broker)。
客户端发送 Connection.Open (客户端告诉 broker 打开一个连接，并请求设置_virtualHost [vhost])。
broker 接收到后返回 Connection.OpenOk (client 对 vhost 进行验证，成功则返回如下此信息)。
客户端发送 Channel.Open，broker 接收到后返回 Channel.OpenOk (客户端创建通道;broker 收到并创建通道完成)。
客户端发送 Confirm.Select，broker 接收到后返回 Confirm.SelectOk(客户端告诉 broker 消息需要使用 confirm的机制，broker收到并回复)。。
客户端发送消息 Basic.Publish，broker 应答返回 Basic.Ack。
期间客户端和 broker 会相互检查彼此的心跳 heartbeat。
客户端关闭通道 Channel.Close，broker 应答返回 Channel.CloseOk。
客户端关闭连接 Connection.Close，broker 应答返回 Connection.CloseOk。

源码分析

熟悉完AMQP 协议的交互流程易于后续理解源码，开始本次主要介绍 Connection 相关的源码：ConnectionFactory.newConnection --> AMQConnection.start。

「ConnectionFactory.newConnection()」

public Connection newConnection(ExecutorService executor, AddressResolver addressResolver, String clientProvidedName)
        throws IOException, TimeoutException {
        if(this.metricsCollector == null) {
            this.metricsCollector = new NoOpMetricsCollector();
        }
        // make sure we respect the provided thread factory
     // 创建 socketFactory 和 初始化相应的配置
        FrameHandlerFactory fhFactory = createFrameHandlerFactory();
     // 初始化 Connection 涉及到的参数
        ConnectionParams params = params(executor);
        // set client-provided via a client property
        if (clientProvidedName != null) {
            Map properties = new HashMap(params.getClientProperties());
            properties.put("connection_name", clientProvidedName);
            params.setClientProperties(properties);
        }
     // 这块逻辑属于 rabbit提供自动回复连接的逻辑
        if (isAutomaticRecoveryEnabled()) {
            // see com.rabbitmq.client.impl.recovery.RecoveryAwareAMQConnectionFactory#newConnection
            AutorecoveringConnection conn = new AutorecoveringConnection(params, fhFactory, addressResolver, metricsCollector);
            conn.init();
            return conn;
        } else {
            List addrs = addressResolver.getAddresses();
            Exception lastException = null;
            for (Address addr : addrs) {
                try {
                    // 创建、连接 socket 并封装成 返回 SocketFrameHandler (socket 不采用Negale算法[Negale算法，大家有兴趣可以了解下这块针对socket缓存性能的优化])
                    FrameHandler handler = fhFactory.create(addr);
                    // 初始化配置、_channel0、_channelManager等等
                    AMQConnection conn = createConnection(params, handler, metricsCollector);
                   // 启动 AMQConnection 后续会进行详细介绍
                    conn.start();
                    this.metricsCollector.newConnection(conn);
                    return conn;
                } catch (IOException e) {
                    lastException = e;
                } catch (TimeoutException te) {
                    lastException = te;
                }
            }
            if (lastException != null) {
                if (lastException instanceof IOException) {
                    throw (IOException) lastException;
                } else if (lastException instanceof TimeoutException) {
                    throw (TimeoutException) lastException;
                }
            }
            throw new IOException("failed to connect");
        }
    }

AMQP 协议的交互流程中 1～6 的逻辑属于 AMQConnection.start() 的重点逻辑，也是本次给大家主要介绍的点。

public void start()
            throws IOException, TimeoutException {
     // 初始化工作线程
        initializeConsumerWorkService();
     // 初始化心跳发送
        initializeHeartbeatSender();
     // 将 Connection标志位 启动
        this._running = true;
     // 确认客户端 第一件事 发送header头部协议
        AMQChannel.SimpleBlockingRpcContinuation connStartBlocker =
            new AMQChannel.SimpleBlockingRpcContinuation();
     // 进入Rpc队列进行阻塞，等待broker返回 connection.start method
        _channel0.enqueueRpc(connStartBlocker);
        try {
            // The following two lines are akin to AMQChannel's
            // transmit() method for this pseudo-RPC.
            _frameHandler.setTimeout(handshakeTimeout);
           // 1. 发送header头部协议 AMQP 0-9-1
            _frameHandler.sendHeader();
        } catch (IOException ioe) {
            _frameHandler.close();
            throw ioe;
        }
     // 初始化启动 startMainLoop -- 为了接收和处理broker发送的消息
        this._frameHandler.initialize(this);

        AMQP.Connection.Start connStart;
        AMQP.Connection.Tune connTune = null;
        try {
           // 2. 客户端等待 broker 发送的 Connection.Start
            connStart =
                    (AMQP.Connection.Start) connStartBlocker.getReply(handshakeTimeout/2).getMethod();

           // 通信的协议和版本、SASL认证机制(详细见)、语言环境以及RabbitMQ的版本信息和支持能力
            _serverProperties = Collections.unmodifiableMap(connStart.getServerProperties());

            Version serverVersion =
                    new Version(connStart.getVersionMajor(),
                                       connStart.getVersionMinor());
      
           // 版本比对
            if (!Version.checkVersion(clientVersion, serverVersion)) {
                throw new ProtocolVersionMismatchException(clientVersion,
                                                                  serverVersion);
            }

            String[] mechanisms = connStart.getMechanisms().toString().split(" ");
            SaslMechanism sm = this.saslConfig.getSaslMechanism(mechanisms);
            if (sm == null) {
                throw new IOException("No compatible authentication mechanism found - " +
                                              "server offered [" + connStart.getMechanisms() + "]");
            }
            String username = credentialsProvider.getUsername();
            String password = credentialsProvider.getPassword();
            LongString challenge = null;
            LongString response = sm.handleChallenge(null, username, password);
            do {
                // 3. 客户端接收后 发送 `Connection.StartOk`
                Method method = (challenge == null)
                                        ? new AMQP.Connection.StartOk.Builder()
                                                  .clientProperties(_clientProperties)
                                                  .mechanism(sm.getName())
                                                  .response(response)
                                                  .build()
                                        : new AMQP.Connection.SecureOk.Builder().response(response).build();
                try {
                    Method serverResponse = _channel0.rpc(method, handshakeTimeout/2).getMethod();
                    if (serverResponse instanceof AMQP.Connection.Tune) {
                        // 4. 客户端等待 broker 发送的 Connection.Tune
                        connTune = (AMQP.Connection.Tune) serverResponse;
                    } else {
                        challenge = ((AMQP.Connection.Secure) serverResponse).getChallenge();
                        response = sm.handleChallenge(challenge, username, password);
                    }
                } catch (ShutdownSignalException e) {
                    Method shutdownMethod = e.getReason();
                    if (shutdownMethod instanceof AMQP.Connection.Close) {
                        AMQP.Connection.Close shutdownClose = (AMQP.Connection.Close) shutdownMethod;
                        if (shutdownClose.getReplyCode() == AMQP.ACCESS_REFUSED) {
                            throw new AuthenticationFailureException(shutdownClose.getReplyText());
                        }
                    }
                    throw new PossibleAuthenticationFailureException(e);
                }
            } while (connTune == null);
        } catch (TimeoutException te) {
            _frameHandler.close();
            throw te;
        } catch (ShutdownSignalException sse) {
            _frameHandler.close();
            throw AMQChannel.wrap(sse);
        } catch(IOException ioe) {
            _frameHandler.close();
            throw ioe;
        }
        try {
           // 最大通道数
            int channelMax =
                negotiateChannelMax(this.requestedChannelMax,
                                    connTune.getChannelMax());
            _channelManager = instantiateChannelManager(channelMax, threadFactory);      
           // 帧最大的大小
            int frameMax =
                negotiatedMaxValue(this.requestedFrameMax,
                                   connTune.getFrameMax());
            this._frameMax = frameMax;
           // 心跳
            int heartbeat =
                negotiatedMaxValue(this.requestedHeartbeat,
                                   connTune.getHeartbeat());
            setHeartbeat(heartbeat);

            // 5. 客户端接收后 发送 Connection.TuneOk
            _channel0.transmit(new AMQP.Connection.TuneOk.Builder()
                                .channelMax(channelMax)
                                .frameMax(frameMax)
                                .heartbeat(heartbeat)
                              .build());
            // 6. 客户端发送 Channel.Open
            _channel0.exnWrappingRpc(new AMQP.Connection.Open.Builder()
                                      .virtualHost(_virtualHost)
                                    .build());
        } catch (IOException ioe) {
            _heartbeatSender.shutdown();
            _frameHandler.close();
            throw ioe;
        } catch (ShutdownSignalException sse) {
            _heartbeatSender.shutdown();
            _frameHandler.close();
            throw AMQChannel.wrap(sse);
        }
        // We can now respond to errors having finished tailoring the connection
        this._inConnectionNegotiation = false;
    }

最后

本次分享的目的，先让读者对于 RabbitMQ Client 与 RabbitMQ Broker 根据 AMQP 协议交互流程有个大体的认识，并根据分析 Connection 源码有一定认知，其中还有很多 Connection 细节源码需要读者慢慢体会。

当前文章：RabbitMQ客户端源码系列-Connection
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