Spark内核解析-通信架构3(六)

3、Spark通信架构

Spark作为分布式计算框架，多个节点的设计与相互通信模式是其重要的组成部分。
Spark一开始使用 Akka 作为内部通信部件。在Spark 1.3年代，为了解决大块数据（如Shuffle）的传输问题，Spark引入了Netty通信框架。到了 Spark 1.6, Spark可以配置使用 Akka 或者 Netty 了，这意味着 Netty 可以完全替代 Akka了。再到 Spark 2, Spark 已经完全抛弃 Akka了，全部使用Netty了。

为什么呢？官方的解释是：
1)很多Spark用户也使用Akka，但是由于Akka不同版本之间无法互相通信，这就要求用户必须使用跟Spark完全一样的Akka版本，导致用户无法升级Akka。
2)Spark的Akka配置是针对Spark自身来调优的，可能跟用户自己代码中的Akka配置冲突。
3)Spark用的Akka特性很少，这部分特性很容易自己实现。同时，这部分代码量相比Akka来说少很多，debug比较容易。如果遇到什么bug，也可以自己马上fix，不需要等Akka上游发布新版本。而且，Spark升级Akka本身又因为第一点会强制要求用户升级他们使用的Akka，对于某些用户来说是不现实的。

3.1通信组件概览

对源码分析，对于设计思路理解如下：

1)RpcEndpoint：RPC端点 ，Spark针对于每个节点（Client/Master/Worker）都称之一个Rpc端点 ,且都实现RpcEndpoint接口，内部根据不同端点的需求，设计不同的消息和不同的业务处理，如果需要发送（询问）则调用Dispatcher
2)RpcEnv：RPC上下文环境，每个Rpc端点运行时依赖的上下文环境称之为RpcEnv
3)Dispatcher：消息分发器，针对于RPC端点需要发送消息或者从远程RPC接收到的消息，分发至对应的指令收件箱/发件箱。如果指令接收方是自己存入收件箱，如果指令接收方为非自身端点，则放入发件箱
4)Inbox：指令消息收件箱，一个本地端点对应一个收件箱，Dispatcher在每次向Inbox存入消息时，都将对应EndpointData加入内部待Receiver Queue中，另外Dispatcher创建时会启动一个单独线程进行轮询Receiver Queue，进行收件箱消息消费
5)OutBox：指令消息发件箱，一个远程端点对应一个发件箱，当消息放入Outbox后，紧接着将消息通过TransportClient发送出去。消息放入发件箱以及发送过程是在同一个线程中进行，这样做的主要原因是远程消息分为RpcOutboxMessage, OneWayOutboxMessage两种消息，而针对于需要应答的消息直接发送且需要得到结果进行处理
6)TransportClient：Netty通信客户端，根据OutBox消息的receiver信息，请求对应远程TransportServer
7)TransportServer：Netty通信服务端，一个RPC端点一个TransportServer,接受远程消息后调用Dispatcher分发消息至对应收发件箱
注意：
TransportClient与TransportServer通信虚线表示两个RpcEnv之间的通信，图示没有单独表达式
一个Outbox一个TransportClient，图示没有单独表达式
一个RpcEnv中存在两个RpcEndpoint,一个代表本身启动的RPC端点，另外一个为 RpcEndpointVerifier

3.2Endpoint启动过程

 启动的流程如下：

Endpoint启动后，默认会向Inbox中添加OnStart消息，不同的端点（Master/Worker/Client）消费OnStart指令时，进行相关端点的启动额外处理

Endpoint启动时，会默认启动TransportServer，且启动结束后会进行一次同步测试rpc可用性（askSync-BoundPortsRequest）

Dispatcher作为一个分发器，内部存放了Inbox，Outbox的等相关句柄和存放了相关处理状态数据，结构大致如下

3.3Endpoint Send&Ask流程

 Endpoint的消息发送与请求流程，如下：

Endpoint根据业务需要存入两个维度的消息组合：send/ask某个消息，receiver是自身与非自身
1)OneWayMessage： send + 自身， 直接存入收件箱
2)OneWayOutboxMessage：send + 非自身，存入发件箱并直接发送
3)RpcMessage： ask + 自身， 直接存入收件箱，另外还需要存入LocalNettyRpcCallContext，需要回调后再返回
4)RpcOutboxMessage: ask + 非自身，存入发件箱并直接发送，，需要回调后再返回

3.4Endpoint receive流程

Endpoint的消息的接收，流程如下：

上图 ServerBootstrap为Netty启动服务，SocketChanel为Netty数据通道
上述包含TransportSever启动与消息接受两个流程

3.5Endpoint Inbox处理流程

Spark在Endpoint的设计上核心设计即为Inbox与Outbox，其中Inbox核心要点为：
1)内部的处理流程拆分为多个消息指令（InboxMessage）存放入Inbox
2)当Dispatcher启动最后，会启动一个名为【dispatcher-event-loop】的线程扫描Inbox待处理InboxMessage，并调用Endpoint根据InboxMessage类型做相应处理
3)当Dispatcher启动最后，默认会向Inbox存入OnStart类型的InboxMessage，Endpoint在根据OnStart指令做相关的额外启动工作，三端启动后所有的工作都是对OnStart指令处理衍生出来的，因此可以说OnStart指令是相互通信的源头

消息指令类型大致如下三类
1)OnStart/OnStop
2)RpcMessage/OneWayMessage
3)RemoteProcessDisconnected/RemoteProcessConnected/RemoteProcessConnectionError

3.6Endpoint画像