Java长轮询

时间:2022-09-29 赤耳小永人气:1

分析一下长轮询的实现方式

现在各大中间件都使用了长轮询的数据交互方式，目前比较流行的例如Nacos的配置中心，RocketMQ Pull(拉模式)消息等，它们都是采用了长轮询方的式实现。就例如Nacos的配置中心，如何做到服务端感知配置变化实时推送给客户端的呢？

长轮询与短轮询

说到长轮询，肯定存在和它相对立的，我们暂且叫它短轮询吧，我们简单介绍一下短轮询：

短轮询也是拉模式。是指不管服务端数据有无更新，客户端每隔定长时间请求拉取一次数据，可能有更新数据返回，也可能什么都没有。如果配置中心使用这样的方式，会存在以下问题：

由于配置数据并不会频繁变更，若是一直发请求，势必会对服务端造成很大压力。还会造成推送数据的延迟，比如：每10s请求一次配置，如果在第11s时配置更新了，那么推送将会延迟9s，等待下一次请求；

无法在推送延迟和服务端压力两者之间中和。降低轮询的间隔，延迟降低，压力增加；增加轮询的间隔，压力降低，延迟增高。

长轮询为了解决短轮询存在的问题，客户端发起长轮询，如果服务端的数据没有发生变更，会hold住请求，直到服务端的数据发生变化，或者等待一定时间超时才会返回。返回后，客户端再发起下一次长轮询请求监听。

这样设计的好处：

相对于低延时，客户端发起长轮询，服务端感知到数据发生变更后，能立刻返回响应给客户端。
服务端的压力减小，客户端发起长轮询，如果数据没有发生变更，服务端会hold住此次客户端的请求，hold住请求的时间一般会设置到30s或者60s，并且服务端hold住请求不会消耗太多服务端的资源。

下面借用图片来说明一下流程：

首先客户端发起长轮询请求，服务端收到客户端的请求，这时会挂起客户端的请求，如果在服务端设计的30s之内都没有发生变更，服务端会响应回客户端数据没有变更，客户端会继续发送请求。
如果在30s之内服务数据发生了变更，服务端会推送变更的数据到客户端。

配置中心长轮询设计

上面我们已经介绍了整个思路，下面我们用代码实现一下：

首先客户端发送一个HTTP请求到服务端；服务端会开启一个异步线程，如果一直没有数据变更会挂起当前请求（一个 Tomcat 也就 200 个线程，长轮询也不应该阻塞 Tomcat 的业务线程，所以需要配置中心在实现长轮询时往往采用异步响应的方式来实现，而比较方便实现异步 HTTP 的常见手段便是 Servlet3.0 提供的 AsyncContext 机制。）
在服务端设置的超时时间内仍然没有数据变更，那就返回客户端一个没有变更的标识。例如响应304状态码；
在服务端设置的超时时间内有数据变更了，就返回客户端变更的内容；

配置中心长轮询实现

下面用代码实现长轮询：

客户端实现

 @Slf4j
 public class ConfigClientWorker {
 
     private final CloseableHttpClient httpClient;
 
     private final ScheduledExecutorService executorService;
 
     public ConfigClientWorker(String url, String dataId) {
         this.executorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor(runnable -> {
             Thread thread = new Thread(runnable);
             thread.setName("client.worker.executor-%d");
             thread.setDaemon(true);
             return thread;
         });
 
         // ① httpClient 客户端超时时间要大于长轮询约定的超时时间
         RequestConfig requestConfig = RequestConfig.custom().setSocketTimeout(40000).build();
         this.httpClient = HttpClientBuilder.create().setDefaultRequestConfig(requestConfig).build();
 
         executorService.execute(new LongPollingRunnable(url, dataId));
     }
 
     class LongPollingRunnable implements Runnable {
 
         private final String url;
         private final String dataId;
 
         public LongPollingRunnable(String url, String dataId) {
             this.url = url;
             this.dataId = dataId;
         }
 
         @SneakyThrows
         @Override
         public void run() {
             String endpoint = url + "?dataId=" + dataId;
             log.info("endpoint: {}", endpoint);
             HttpGet request = new HttpGet(endpoint);
             CloseableHttpResponse response = httpClient.execute(request);
             switch (response.getStatusLine().getStatusCode()) {
                 case 200: {
                     BufferedReader rd = new BufferedReader(new InputStreamReader(response.getEntity()
                             .getContent()));
                     StringBuilder result = new StringBuilder();
                     String line;
                     while ((line = rd.readLine()) != null) {
                         result.append(line);
                     }
                     response.close();
                     String configInfo = result.toString();
                     log.info("dataId: [{}] changed, receive configInfo: {}", dataId, configInfo);
                     break;
                 }
                 // ② 304 响应码标记配置未变更
                 case 304: {
                     log.info("longPolling dataId: [{}] once finished, configInfo is unchanged, longPolling again", dataId);
                     break;
                 }
                 default: {
                     throw new RuntimeException("unExcepted HTTP status code");
                 }
             }
             executorService.execute(this);
         }
     }
 
     public static void main(String[] args) throws IOException {
 
         new ConfigClientWorker("http://127.0.0.1:8080/listener", "user");
         System.in.read();
     }
 }

httpClient 客户端超时时间要大于长轮询约定的超时时间，不然还没等到服务端返回，客户端自己就超时了。
304 响应码标记配置未变更；
http://127.0.0.1:8080/listener 是服务端地址；

服务端实现

 @RestController
 @Slf4j
 @SpringBootApplication
 public class ConfigServer {
 
     @Data
     private static class AsyncTask {
         // 长轮询请求的上下文，包含请求和响应体
         private AsyncContext asyncContext;
         // 超时标记
         private boolean timeout;
 
         public AsyncTask(AsyncContext asyncContext, boolean timeout) {
             this.asyncContext = asyncContext;
             this.timeout = timeout;
         }
     }
 
     // guava 提供的多值 Map，一个 key 可以对应多个 value
     private Multimap<String, AsyncTask> dataIdContext = Multimaps.synchronizedSetMultimap(HashMultimap.create());
 
     private ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("longPolling-timeout-checker-%d")
             .build();
     private ScheduledExecutorService timeoutChecker = new ScheduledThreadPoolExecutor(1, threadFactory);
 
     // 配置监听接入点
     @RequestMapping("/listener")
     public void addListener(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
 
         String dataId = request.getParameter("dataId");
 
         // 开启异步！！！
         AsyncContext asyncContext = request.startAsync(request, response);
         AsyncTask asyncTask = new AsyncTask(asyncContext, true);
 
         // 维护 dataId 和异步请求上下文的关联
         dataIdContext.put(dataId, asyncTask);
 
         // 启动定时器，30s 后写入 304 响应
         timeoutChecker.schedule(() -> {
             if (asyncTask.isTimeout()) {
                 dataIdContext.remove(dataId, asyncTask);
                 response.setStatus(HttpServletResponse.SC_NOT_MODIFIED);
               // 标志此次异步线程完成结束！！！
                 asyncContext.complete();
             }
         }, 30000, TimeUnit.MILLISECONDS);
     }
 
     // 配置发布接入点
     @RequestMapping("/publishConfig")
     @SneakyThrows
     public String publishConfig(String dataId, String configInfo) {
         log.info("publish configInfo dataId: [{}], configInfo: {}", dataId, configInfo);
         Collection<AsyncTask> asyncTasks = dataIdContext.removeAll(dataId);
         for (AsyncTask asyncTask : asyncTasks) {
             asyncTask.setTimeout(false);
             HttpServletResponse response = (HttpServletResponse)asyncTask.getAsyncContext().getResponse();
             response.setStatus(HttpServletResponse.SC_OK);
             response.getWriter().println(configInfo);
             asyncTask.getAsyncContext().complete();
         }
         return "success";
     }
 
     public static void main(String[] args) {
         SpringApplication.run(ConfigServer.class, args);
     }
 }

客户端请求过来，首先开启一个异步线程request.startAsync(request, response);保证不占用Tomcat线程。此时Tomcat线程以及释放。配合asyncContext.complete()使用。
dataIdContext.put(dataId, asyncTask);会将 dataId 和异步请求上下文给关联起来，方便配置发布时，拿到对应的上下文
Multimap<String, AsyncTask> dataIdContext它是一个多值 Map，一个 key 可以对应多个 value，你也可以理解为 Map<String,List<AsyncTask>>
timeoutChecker.schedule() 启动定时器，30s 后写入 304 响应
@RequestMapping("/publishConfig") ，配置发布的入口。配置变更后，根据 dataId 一次拿出所有的长轮询，为之写入变更的响应。
asyncTask.getAsyncContext().complete();表示这次异步请求结束了。

启动配置监听

先启动 ConfigServer，再启动 ConfigClient。30s之后控制台打印第一次超时之后收到服务端304的状态码

 16:41:14.824 [client.worker.executor-%d] INFO cn.haoxiaoyong.poll.ConfigClientWorker - longPolling dataId: [user] once finished, configInfo is unchanged, longPolling again

请求一下配置发布，请求localhost:8080/publishConfig?dataId=user&configInfo=helloworld

服务端打印日志：

 2022-08-25 16:45:56.663  INFO 90650 --- [nio-8080-exec-2] cn.haoxiaoyong.poll.ConfigServer         : publish configInfo dataId: [user], configInfo: helloworld

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