Sentinel 调用上下文环境实现原理(含原理图)

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本节将详细介绍 Sentienl 的上下文环境管理机制。

1、Sentinel Context 调用上下文环境管理

我们从  sentinel-apache-dubbo-adapter 模块的 SentinelDubboProviderFilter 的实现中不难看出，在其入口处会首先调用 ContextUtil.enter(resourceName, application) 。那我们就从该方法开始来探究上下文环境管理机制。

说到 Sentinel 的调用上下文环境，那调用上下文环境中会保存哪些信息呢？我们先来看看 Context。

1.1 Context 详解

Context 类图如下：

• Context

  其核心属性与核心方法如下：

• String name

  Sentinel 调用上下文环境的名称。

• DefaultNode entranceNode

  调用链的入口节点信息。

• Entry curEntry

  调用链中当前节点的信息。

• boolean async

  是否是异步调用上下文环境。

• Entry

  保存当前的调用信息，其主要核心属性：

• private long createTime

  资源调用的时间戳。

• private Node curNode

  该资源所对应的实时采集信息。

• protected ResourceWrapper resourceWrapper

  资源对象。

• CtEntry

  同步调用调用信息封装对象。

• AsyncEntry

  异步调用调用信息的封装对象。

对应的核心方法将在下文具体用到时再详细介绍。

1.2 创建调用上下文环境

ContextUtil#enter

public static Context enter(String name, String origin) {  // @1
    if (Constants.CONTEXT_DEFAULT_NAME.equals(name)) {
            throw new ContextNameDefineException(
                "The " + Constants.CONTEXT_DEFAULT_NAME + " can't be permit to defined!");
    }
    return trueEnter(name, origin);   // @2
}

代码@1：首先我们来看一下其参数：

• String name

  上下文环境 Context 的名称。

• String origin

  该参数的含义在介绍集群限流时会详细介绍，从 dubbo 模块的适配来看，通常该值会传入当前应用的 application 名称。

代码@2：通过调用内部的 trueEnter 方法。

在进入 trueEnter 方法之前，我们先来看一下 ContextUtil 中两个最核心的属性：

首先使用 ThreadLocal 对象来存储线程上下文环境对象 Context。Map contextNameNodeMap ，其键为 context 的名称，用来缓存其对应的 EntranceNode 。

ContextUtil#trueEnter

protected static Context trueEnter(String name, String origin) {
    Context context = contextHolder.get();   // @1 
    if (context == null) {
    Map localCacheNameMap = contextNameNodeMap;
        DefaultNode node = localCacheNameMap.get(name);   // @2
        if (node == null) {
        if (localCacheNameMap.size() > Constants.MAX_CONTEXT_NAME_SIZE) {   // @3
                     setNullContext();
                       return NULL_CONTEXT;
                } else {
                    try {
                            LOCK.lock();
                            node = contextNameNodeMap.get(name);   // @4
                            if (node == null) {
                                if (contextNameNodeMap.size() > Constants.MAX_CONTEXT_NAME_SIZE) {  
                                        setNullContext();
                                        return NULL_CONTEXT;
                                } else {
                                        node = new EntranceNode(new StringResourceWrapper(name, EntryType.IN), null);  // @5
                                        // Add entrance node.
                                        Constant.ROOT.addChild(node);                                                                                     // @6
                        Map newMap = new HashMap(contextNameNodeMap.size() + 1);
                                        newMap.putAll(contextNameNodeMap);
                                        newMap.put(name, node);
                                        contextNameNodeMap = newMap;
                                }
                            }
                    } finally {
                            LOCK.unlock();
                       }
            }
        }
        context = new Context(node, name);    // @7
        context.setOrigin(origin);
        contextHolder.set(context);    // @8
   }
  return context;
}

代码@1：从 threadLocal 中获取 Context 对象，线程首次获取时为空。

代码@2：根据 context 的名称尝试从缓存中去找对应的 Node，通常是 EntranceNode。即用来表示入口的节点Node 为 EntranceNode。

代码@3：如果 localCacheNameMap 已缓存的对象容量默认超过2000，则不纳入 Sentinel 限流，熔断等机制中来，即一个应用，默认不能定义 2000个 资源统计入口，以 一个 Dubbo 服务为例，一个 Dubbo 服务应用，如果超过2000个服务，则超过的部分不会应用 Sentinel 限流与熔断机制。

代码@4：锁应用的经典场景，dubbo check。

代码@5：为该 context name 创建一个对应的 EntranceNode。

代码@6：将创建的 EntranceNode 加入到根节点的子节点中，稍后重点讨论一下。

代码@7：创建 Context 对象，将 Context 对象中的入口节点设置为 新创建的 EntranceNode。

代码@8：将新创建的 Context 对象存入当前线程本地环境变量中(ThreadLocal)。

接下来先来探讨代码@6 Constants.ROOT.addChild(node)。

在 Sentinel 中，会定义一个固定根节点，其定义如下：

其资源名称为：machine-root。addChild 方法就是将节点添加到如下数据结构中：

1.3 移除调用上下文环境

public static void exit() {
    Context context = contextHolder.get();
    if (context != null && context.getCurEntry() == null) {
        contextHolder.set(null);
    }
}

退出当前上下文环境，这里有一个条件就是当前的上下文环境的当前调用节点已经退出，否则无法移除，故使用建议：ContextUtil . exit 一定要在持有的 Entry 退出之后再调用。

1.4 异步上下文环境切换

public static void runOnContext(Context context, Runnable f) {
    Context curContext = replaceContext(context);  // @1
    try {
        f.run();  // @2
    } finally {
        replaceContext(curContext);  // @3
    }
}

这里是异步调用上下文环境切换的实现原理，我们知道存在 ThreadLocal 中的数据是无法跨线程访问的，故一个线程中启动另外一个线程，上下文环境是无法直接被传递的，Sentinel 的思想是为先创建的线程再创建一个 Context，在运行子线程时，调用 runOnContext 来切换上下文环境。

Context 就介绍到这里了，我们接下来再来看一个与上下文环境管理密切相关的 Sentinel Slot 处理器：NodeSelectorSlot，通常也是 Sentinel Slot 处理链的第一个节点。

2、NodeSelectorSlot

2.1 NodeSelectorSlot 调用链概述

从该类的注释可以得出如下的结论：该类的作用是构建一颗虚拟调用树，我们接下来以一个Dubbo调用示例来说明。

正如上图所示：应用 A 向应用 order-servie 服务发起一个 RPC 服务，下订单，order-service 应用引入了 sentinel-apache-dubbo-adapter 相关依懒，会执行 SentinelDubboProviderFilter 过滤器，调用 Sentinel 相关的方法，对资源进行保护，然后下单服务中，首先会操作数据库，将本次数据库操作定义为资源：insertOrderSQL，然后再操作 redis，redis 的操作命名为资源 setRedisOp。其对应在内存中会生成如下调用链的结构图。

那上面这个调用链保存在线程上下文环境中，即 ThreadLocal 中。在 Sentinel 中使用 Node 来表示一个一个调用节点，其中 EntranceNode  表示调用链的入口，DefaultNode 表示普通节点，ClusterNode 表示集群节点，即同一个资源会统计整个集群中的信息。

从该类的注释我们可以得出上述的结论，接下来我们从源码的角度对其进行分析与理解。

2.2 源码分析 NodeSelectorSlot

NodeSelectorSlot 中只声明了一个唯一的成员变量，其声明如下：

private volatile Map map = new HashMap(10);

定义一个 Map，其键为上下文环境 Context 的名称，通常是进入节点的名称，例如上面提到的 EntranceNode（ dubbo:provider:com.a.b.OrderService:saveOrder(java.lang.String)）。

注意：一个 NodeSelectorSlot 对象会被多个线程使用，其共享的维度为资源，即多个线程进入同一个资源保护的代码时，执行的是同一个 NodeSelectorSlot 对象。详细实现请参考上文中 CtSph # lookProcessChain 部分详解。

接下来重点看一下 NodeSelectorSlot 的核心方法 entry。

NodeSelectorSlot#entry

public void entry(Context context, ResourceWrapper resourceWrapper, Object obj, int count, boolean prioritized, Object... args) // @1
        throws Throwable {
    DefaultNode node = map.get(context.getName());   // @2
    if (node == null) {                                                       // @3
        synchronized (this) {                                          // @4
            node = map.get(context.getName());
                if (node == null) {
            node = new DefaultNode(resourceWrapper, null);    // @5
                          HashMap cacheMap = new HashMap(map.size());
                    cacheMap.putAll(map);
                    cacheMap.put(context.getName(), node);
                    map = cacheMap;
                       // Build invocation tree
                    ((DefaultNode) context.getLastNode()).addChild(node);   // @6
              }
            }
    }
    context.setCurNode(node);                                                                  // @7
    fireEntry(context, resourceWrapper, node, count, prioritized, args);
}

代码@1：我们先来看看其参数：

• Context context

  调用上下文环境，该对象存储在 ThreadLocal，其名称在调用链的入口处设置。

• ResourceWrapper resourceWrapper

  资源的包装类，注意留意其 equals 与 hashCode 方法，判断两个对象是否相等的依据是资源名

  称是否相同。

• Object obj

  参数。

• int count

  本次需要消耗的令牌数量。

• boolean prioritized

  请求是否按优先级排列。

• Object… args

  额外参数。

代码@2：如果缓存中存在对应该上下文环境的节点，则直接使用，并将其节点设置当前调用上下文的当前节点中(Context)。

代码@3：如果节点为空，则进入到节点创建流程，此过程需要加锁，见代码@4。

代码@5：创建一个新的 DefaultNode 。

代码@6：构建调用链，由于 NodeSelectorSlot 是第一个进入的处理器，故此时 Context 的 curEntry 为 null ，故这里就是创建与的上下文环境名称对应的节点会被添加到 ContextUtil 的 entry 创建的调用链入口节点(EntranceNode)，然后顺便更新 Context 中的 Entry curEntry 属性，即再次验证了上面的图。

我们来总结一下 NodeSelectorSlot 作用：从官方的注释来看：构建一条调用链，更直接一点就是设置 Context 的 curEntry 属性。

关于 Sentinel 调用上下文环境实现原理就介绍到这里了。

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思考题：首先在这里先“剧透”一下，Node 在 Sentinel 中的作用是持有资源的实时统计信息，将在下一篇文章介绍 StatisticSlot 时详细介绍。NodeSelectorSlot 中的  Map 中的键为什么是 Context 的 名称呢？这样设计的目的是什么，能有什么好处？

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