Go语言类库中,有两个官方的服务器框架,一个HTTP,一个是RPC。使用这个两个框架,已经能解决大部分的问题,但是,也有一些需求,这些框架是不够的,这篇文章,我们先分析一下HTTP 和 RPC服务器的特点, 然后结合这两个服务器的特点,我实现了一个新的服务器,这个服务器非常适合客户端和服务器端有大量交互的情况。

HTTP服务器的特点:

    HTTP的请求 和 响应的周期如下:

   

对于一个HTTP 长连接,一个请求必须等到一个响应完成后,才能进行下一个请求。这就是http协议最本质的特点,是串行化的。而这个特点保证了http协议的简洁性,一个请求中间不会插入其他的请求干扰,这样不需要去对应请求和响应。但是,同时也有个弱点,那就是不适合做大量的请求。举个实际中我们遇到的例子,我们要把大量的中国客户的订单送入英国的交易所,交易所的接口是http协议的,从中国到英国,一次http的请求到响应至少需要 300ms左右,这样一秒一个连只能发送3个,就算是开十个线程发送(接口对线程总数是有限制的),1s 也只能是30个。而最高峰的时候,我们可能1s 要发送1万个订单,那采用http协议就不能满足我们的要求了(这个可以通过fix协议解决)。

当然,http可以解决批量提交的需求,只要增加一个批量提交的接口就可以了。但是,这样的实现方式不够自然,而且增加了额外的接口。

 

RPC服务的特点:

PRC服务器克服了http服务器串流模型,可以并发的提交请求。请求响应的周期图如下:

RPC服务,已经可以客服http服务器的串流的劣势,可以批量提交大量的数据。在局域网的中测试,1s钟可以实现3万次左右的请求。而相同的条件下,http在局域网中,只能实现1500次左右的请求,真实环境下面,延时严重,http性能会急剧下降。在两个不同的机房中,有百兆带宽相连,实际测试rpc请求是两万次左右,http是 500次左右,而且http占用很多头部的带宽。

RPC的一个核心特点是类似一次函数调用。这样一个请求 只能 对应于 一个响应。在某些情下,这似乎是不够的。举个实际的例子,我要获取一个报价的行情数据,这个时候,类似一个MessageQueue,服务器会不断的push数据给客户端。也就是一次请求,会有多次返回,持续不断的返回。

当然,RPC的一个非常重要的优势是,你不需要知道怎么去解析数据,你可以当做网络是空气,完全像写本地调用函数一样去调用rpc的函数。

异步服务器:

因为暂时我没有很好的名字来命名这个服务器,所以暂时就叫做异步服务器吧,这个服务器的特点类似一个界面程序的消息体系。我们不断的吧鼠标键盘等各种事件提交给界面程序,界面程序根据消息的类型,参数做出相应的处理。所以,我们就叫做异步服务器吧。经典的金融服务器都是异步服务器,处理机制都类似界面的消息循环机制,比如国内期货最常用的ctp交易系统,还有就是银行间,交易所和银行之间,经常用的一个协议叫做 fix,也是这样的架构。请求是一种消息,响应也是一种消息。请求响应的时序图如下:

msg1 请求之后,有两个响应,Resp1 , resp2,

msg2 有一个响应 resp3.

 

借鉴了rpc的特点,请求和响应都自动编码,写服务器不再为编码而烦恼,同时也不需要为是否要压缩而头痛。现在提供三种方式,gob , json, protocolbuffer. 并且可以 设置是否启用压缩的,以及压缩的格式。我

们把客户端和服务器的交互抽象为一个消息系统,先来看看客户端客户端调用

1-6行,我们建立了一个到服务器的连接,注意,我们这个服务器底层是用http包实现的。jar 是用来管理session的,这里暂时忽略,gob是编码,gzip是压缩格式。可以动态设置各种编码和压缩格式。

7-13行,NewRequest 的第一个参数是消息的类型(我建议再后面的版本中,改成NewMessage, Client.GO 改成 client.Send),叫做hello, 详细类型为了方便查看也打印,我采用字符串的格式。后面是消息的参数,可以是任何的go的结构,变量。每个请求对应一个回调函数,处理响应的消息,响应的消息保存在 call.Resp 里面,如果status == StatusDone , 表示请求结束了,服务器不会响应任何消息了,status  == StatusUpdate ,说明,还会有下一个消息过来。

16行 Wait函数,其实就是一个消息循环函数,不断的从服务器端读取消息,对应到某个请求的回调函数里面。类似event loop

我们在Client里面加入心跳函数,保证能检查到链接损坏的情况,如果连接损坏,会自动结束消息循环,错误处理是一个服务器非常重要的一环。

 

然后我们再来看看服务器端的实现:

第7行中,r.GetBody() 获取的到是上面NewRequest 中的第二个参数。

这样就是一个最简单的hello world 程序。要实现一个实战有用的服务器,的细节当然还有很多,主要的是流量控制。比如,一个用户写错程序了,错误的发起了10万个请求,服务器端不能开个10万个go进行处理,这样的话,会直接拖垮服务器,我们给每个用户设置了一个并发处理数目,最多这个用户可以并发处理多少个请求。还有一个比较重要的,对服务器来说,就是服务器服务的量的限制。我们会实时监控 cpu 内存,io的使用情况,当发现使用到某个限额的时候,服务会拒绝接受连接(事先要对性能进行测试)这些都是为了防止服务器过载 ,而实际中的服务器,这个问题其实是很常见的。

 

实例:可靠消息通知系统。

    可靠消息通知系统实际上是一个非常常见的系统。最常用的一个例子就是数据库的master slave 模式。master里面的事件要非常可靠的通知到slave,中间不能有任何的丢失。还有一种比如交易系统中,我们会调用银行或者交易所的接口,银行在交易成功后会给我们一个通知,这个通知的消息必须可靠的被通知到目标,不能有任何的丢失。在我们的系统中,行情数据的复制也是不能有任何数据丢失的情景,为了保证A 服务器 和 B服务器有相同的行情,在从A服务器的消息要被B服务器准确的接收。当然,你也可以做一个聊天系统,这个聊天系统不会丢失任何消息。

    那么如何实现这个系统呢,首先,为了保证不在内存中丢失消息,那么消息必须写盘,并且为了检测消息是否丢失,必须给消息编号。消息写盘也可以用我们开发的事务日志系统,如果消息非常的大量,那么还需要批量提交模式(Group Commit)。大部分情况下,消息丢失不是因为服务器崩溃,而且网络意外中断,这些中断往往时间很短,在1分钟以内,所以,有必要在内存中缓存部分的消息,如果网络中断,客户端再次请求时,发送当时的消息序号,这样就可以补全网络中断丢失的数据。如果时间太长了,内存中的数据不够补了,那么首先要从消息源数据库中下载历史消息,然后再接受实时的消息。整体的思路就是这样的,在这里,我们就看看我们的消息通知系统的实时广播部分的设计。

    1. 消息广播基本流程: 订阅 –> 广播:

首先客户端向服务器说明,我要订阅哪些消息,比如,master slave 中,我只要写消息就好了,读消息就不需要了。然后,再向服务器请求数据,服务器广播数据给我们。注意,我们这里把订阅 和 广播分成两个部分,两个请求,那么怎么知道这两个请求是同一个人发出的呢?或者,怎么关联起来呢?这里,我用了一个session的概念,订阅的时候,把订阅的消息类型保存到session,广播的时候,从session中读取消息类型,然后发送对应的数据。

这部分的代码如下:

这里,有个数据结构叫做RingBuffer, 是一个环状的buffer,非常适合做缓存固定数目的数据,用于广播。广播是用管道来传输数据的,管道的性能实际上已经非常的高,不需要什么无锁队列之类的。在这里也给管道加上buffer使得,消息意外的扰动,不会使得带宽不够用而立马堵塞。

 

2. 接受消息:

在用户登录后,如果有权限,那么就可以作为消息源客户端,消息源的代码如下:

第2行: 从请求中获取 消息事件。

第3行: event.InstrumentId 是消息的类型,btickSzie 是缓存的数据数目。

第6行: 向客户端发送OK,确认消息发送成功。

每个消息是否发送成功,都有确认。这样,客户端就知道上次消息发送到哪里了。

 

3. 订阅:

第2行:获取消息的类型,通过这个类型,可以找到对应的广播对象。

第12-30行:这是一个线程安全的session操作,具体看一下session.Get3 的实现就知道了:

s.get 获取session的数据,如果没有session数据,那么为nil。简单的说,这里的意思是:如果session “subscribe” 如果还没有设置,那么就新建一个对象,如果已经设置了,那么读取这个对象,并且,这个操作是线程安全的。

这里还添加了一个session撤销时候的操作。

4. 广播:

 

read 有个depth参数,这是行情的深度。股票期货里面都有后这个概念。传说中的几档行情。

第26行:这里有个close。一般来说,是因为网络拥堵 或者 异常,无法发送数据了。

还有一点要注意,这里的行情是批量发送的。sub.Read 尽可能多的读取数据,减少网络io的次数。

当然,服务器框架本身提供了心跳机制,对消息广播系统,实时性是非常重要的,即时的检查出网络异常,才能保证实时性。

 

以上是对我们的异步消息服务器框架的一个简单的介绍。设计这框架,非常重要的两个理念:

1. 模块化的设计,一个功能,就对应一个函数。

2. 模块之间的通讯采用session,而对于比较复杂的通讯,可以自己建立一个线程安全的数据结构,比如这里的Broadcast 和 Subscribe