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分布式数据库中间件–(2) Cobar与客户端的握手认证

时间：2014-04-27 21:47:07 阅读：462 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

Cobar启动完成，监听特定端口。整个认证的流程图：

mamicode.com,码迷

NIOAcceptor类继承自Thread类，该类的对象会以线程的方式运行，进行连接的监听。

NIOAcceptor启动的初始化过程如下：

1 、打开一个selector，获取一个ServerSocketChannel对象，对该对象的socket绑定特定的监听端口，并设置该channel为非阻塞模式，然后想selector注册该channel，绑定感兴趣的事件位OP_ACCEPT。

01public NIOAcceptor(String name, int port, FrontendConnectionFactory factory) throws IOException {
02    super.setName(name);
03    this.port = port;
04    this.selector = Selector.open();
05    this.serverChannel = ServerSocketChannel.open();
06    //ServerSocket使用TCP
07    this.serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(port));
08    this.serverChannel.configureBlocking(false);
09    this.serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);
10    this.factory = factory;
11}

2、然后会启动该线程，线程的run函数如下：

01public void run() {
02    final Selector selector = this.selector;
03    //线程一直循环
04    for (;;) {
05        ++acceptCount;
06        try {
07            selector.select(1000L);
08            Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
09            try {
10                for (SelectionKey key : keys) {
11                    if (key.isValid() && key.isAcceptable()) {
12                        //接受来自客户端的连接
13                        accept();
14                    } else {
15                        key.cancel();
16                    }
17                }
18            } finally {
19                keys.clear();
20            }
21        } catch (Throwable e) {
22            LOGGER.warn(getName(), e);
23        }
24    }
25}

3 、该线程会一直循环监听想该selector注册过的server channel所感兴趣的事件（OP_ACCEPT），当有新的连接请求时，selector就会返回，keys就是请求连接的所有的包含channel的key集合。

SelectionKey有如下属性：

interest集合(使用&操作SelectionKey.OP_ACCEPT和key.interestOps())
ready集合(key.readyOps()，可以使用&操作检测该集合，也可以使用is方法)
Channel(key.channel())
Selector(key.selector())
附加对象(key.attach(obj) Object obj = key.attachment())

4、然后遍历该集合，如果集合中的key没有被cancel，并且这个key的channel已经做好接受一个新的socket连接的准备，则接受该连接。

accept()的具体代码如下：

01private void accept() {
02        SocketChannel channel = null;
03        try {
04            //从服务器端获取管道,为一个新的连接返回channel
05            channel = serverChannel.accept();
06            //配置管道为非阻塞
07            channel.configureBlocking(false);
08 
09            //前端连接工厂对管道进行配置，设置socket的收发缓冲区大小，TCP延迟等
10            //然后由成员变量factory的类型生产对于的类型的连接
11            //比如ServerConnectionFactory会返回ServerConnection实例，并对其属性进行设置
12            FrontendConnection c = factory.make(channel);
13            //设置连接属性
14            c.setAccepted(true);
15            c.setId(ID_GENERATOR.getId());
16            //从processors中选择一个NIOProcessor，将其和该连接绑定
17            NIOProcessor processor = nextProcessor();
18            c.setProcessor(processor);
19            //向读反应堆注册该连接，加入待处理队列
20            //select选择到感兴趣的事件后，会进行调用connection的read函数
21            processor.postRegister(c);
22        } catch (Throwable e) {
23            closeChannel(channel);
24            LOGGER.warn(getName(), e);
25        }
26    }

首先从serverchannel中accept后会返回一个socketchannel对象，然后设置该socket channel属性位非阻塞模式，然后将channel交给ServerConnectionFactory工厂，会产生一个ServerConnection对象。

FrontendConnectionFactory是一个抽象类，其中的getConnection方法是抽象方法，有具体子类连接工厂来实现。FrontendConnectionFactory的make方法对channel中的socket进行属性设置（接收和发送的缓冲区大小、延时、KeepAlive等），然后调用具体调用具体子类（ServerConnectionFactory）的getConnection来返回一个ServerConnection，返回后会在进行设置一下该ServerConnection的包头大小、最大包大小、设置连接的发送缓冲区队列、超时时间、字符编码，到此，工厂完成了新建连接的工作，返回一个连接的对象。返回后将该连接分配给一个processor，该processor会将该连接保存，processor也会对连接进行定期检查。

5、 processor还会向自己的reactorR进行注册该连接，加入reactorR的处理队列，并唤醒阻塞的select()方法。

反应堆中Reactor的R线程运行代码：

01public void run() {
02    final Selector selector = this.selector;
03    for (;;) {
04        ++reactCount;
05        try {
06            int res = selector.select();
07            LOGGER.debug(reactCount + ">>NIOReactor接受连接数:" + res);
08            register(selector);
09            Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
10            try {
11                for (SelectionKey key : keys) {
12                    Object att = key.attachment();
13                    if (att != null && key.isValid()) {
14                        int readyOps = key.readyOps();
15                        if ((readyOps & SelectionKey.OP_READ) != 0) {
16                            LOGGER.debug("select读事件");
17                            read((NIOConnection) att);
18                        } else if ((readyOps & SelectionKey.OP_WRITE) != 0) {
19                            LOGGER.debug("select写事件");
20                            write((NIOConnection) att);
21                        } else {
22                            key.cancel();
23                        }
24                    } else {
25                        key.cancel();
26                    }
27                }
28            } finally {
29                keys.clear();
30            }
31        } catch (Throwable e) {
32            LOGGER.warn(name, e);
33        }
34    }
35}

该R线程也会一直循环运行，如果向该selector注册过的channel没有对应的感兴趣的事件发生，就会阻塞，直到有感兴趣的事件发生或被wakeup。返回后会运行register函数，将之前加入该reactor连接队列中的所有连接向该selector注册OP_READ事件。该注册的动作会调用Connection对象中的register方法进行注册

channel.register(selector, SelectionKey.OP_READ, this);

注意最后一个this指针参数，表示将该连接作为附件，注册到selector，当有感兴趣的时间发生时，函数selector.selectedKeys()返回的SelectionKey集合中的对象中使用key.attachment()即可获取到上面注册时绑定的connection对象指针附件。目的就是为了通过该附件对象调用该连接类中定义的read函数来完成功能。如下所示：

1private void read(NIOConnection c) {
2    try {
3        c.read();
4    } catch (Throwable e) {
5        c.error(ErrorCode.ERR_READ, e);
6    }
7}

6、连接类中定义的read函数定义在AbstractConnection类中。在该read函数~~（该read函数涉及到的逻辑比较复杂，先不深究）~~中，完成从channel中读取数据到buffer，然后从buffer中提取byte数据交给具体子类（FrontendConnection）的handle()方法进行处理。

7、该方法会从processor的线程池中获取一个线程，来异步执行数据的处理。处理会调用成员handler的handle方法来对数据进行处理。这里，在FrontendConnection的构造函数中定handler设置为FrontendAuthenticator（进行前端认证）。

01public void handle(final byte[] data) {
02    // 从线程池获取一个线程,异步处理前端数据
03    // 从processor中的线程池中获取一个可以执行的线程,执行Runnable任务
04    processor.getHandler().execute(new Runnable() {
05        @Override
06        public void run() {
07            try {
08                //调用具体NIOHandler子类的handle函数
09                handler.handle(data);
10            } catch (Throwable t) {
11                error(ErrorCode.ERR_HANDLE_DATA, t);
12            }
13        }
14    });
15}

8、 handler在构造函数中初始化成前端认证处理器，用于处理前端权限认证。

1public FrontendConnection(SocketChannel channel) {
2    super(channel);
3    .....................
4    //前端认证处理器
5    this.handler = new FrontendAuthenticator(this);
6}

9、由于Cobar是基于MySQL协议的，所以需要分析一下MySQL协议的具体格式。下面就先分析一下MySQL认证数据包的格式：

每个报文都分为消息头和消息体两部分，其中消息头是固定的四个字节，报文结构如下：

mamicode.com,码迷

登录认证报文的报文数据部分格式如下：

10、 FrontendAuthenticator类对上面的数据包的具体处理如下：

读取信息到认证包对象
核对用户
核对密码
检查schema

如果出现错误，会提示相应的错误信息，如果正确会向客户端发送认证成功提示。

01public void handle(byte[] data) {
02    // check quit packet
03    if (data.length == QuitPacket.QUIT.length && data[4] == MySQLPacket.COM_QUIT) {
04        source.close();
05        return;
06    }
07 
08    //新建认证包对象
09    AuthPacket auth = new AuthPacket();
10    //读取认证包到对象
11    auth.read(data);
12    // check user
13    if (!checkUser(auth.user, source.getHost())) {
14        failure(ErrorCode.ER_ACCESS_DENIED_ERROR, "Access denied for user ‘" + auth.user + "‘");
15        return;
16    }
17    // check password
18    if (!checkPassword(auth.password, auth.user)) {
19        failure(ErrorCode.ER_ACCESS_DENIED_ERROR, "Access denied for user ‘" + auth.user + "‘");
20        return;
21    }
22    // check schema
23    switch (checkSchema(auth.database, auth.user)) {
24    case ErrorCode.ER_BAD_DB_ERROR:
25        failure(ErrorCode.ER_BAD_DB_ERROR, "Unknown database ‘" + auth.database + "‘");
26        break;
27    case ErrorCode.ER_DBACCESS_DENIED_ERROR:
28        String s = "Access denied for user ‘" + auth.user + "‘ to database ‘" + auth.database + "‘";
29        failure(ErrorCode.ER_DBACCESS_DENIED_ERROR, s);
30        break;
31    default:
32        //认证成功,向客户端发送认证结果消息
33        success(auth);
34    }
35}

在上面的auth.read函数中会按9中的协议格式进行读取数据到auth对象。认证成功后会执行：

01protected void success(AuthPacket auth) {
02    //认证通过,设置连接属性:已认证\用户\数据库\处理器
03    source.setAuthenticated(true);
04    source.setUser(auth.user);
05    source.setSchema(auth.database);
06    source.setCharsetIndex(auth.charsetIndex);
07    //设置该连接的连接处理器为前端命令处理器
08    source.setHandler(new FrontendCommandHandler(source));
09    .......
10    ByteBuffer buffer = source.allocate();
11    source.write(source.writeToBuffer(AUTH_OK, buffer));
12}

可以看到，在上面的函数中，设置连接对象source中的成员（是否认证、用户、数据库、编码、处理该连接后续数据包的处理器【handle方法】）

然后回复认证成功的消息。后面客户端再发送消息，会交给前端命令处理器进行处理。

客户端进行链接的时候Cobar服务器的输出：

59:19,388 INFO  ===============================================
59:19,389 INFO  Cobar is ready to startup ...
59:19,389 INFO  Startup processors ...
59:19,455 INFO  Startup connector ...
59:19,460 INFO  Initialize dataNodes ...
59:19,506 INFO  dnTest1:0 init success
59:19,514 INFO  dnTest3:0 init success
59:19,517 INFO  dnTest2:0 init success
59:19,527 INFO  CobarServer is started and listening on 8066
59:19,527 INFO  ===============================================
59:23,459 DEBUG 1>>NIOReactor接受连接数:0
59:23,464 DEBUG 2>>NIOReactor接受连接数:1
59:23,465 DEBUG select读事件
59:23,465 INFO  com.alibaba.cobar.net.handler.FrontendAuthenticator接收的请求长度:62
0 0 1 5 166 15 0 0 0 0 1 33 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 114 111 111 116 0 20 169 171 247 102 133 96 158 224 121 22 226 229 88 244 119 238 185 61 124 219
59:23,468 INFO  [thread=Processor1-H0,class=ServerConnection,host=192.168.137.8,port=46101,schema=null]‘root‘ login success

客户端得到的回复：

01yan@yan-Z400:~$ mysql -uroot -p** -P8066 -h192.168.137.8
02Welcome to the MySQL monitor.  Commands end with ; or \g.
03Your MySQL connection id is 1
04Server version: 5.1.48-cobar-1.2.7 Cobar Server (ALIBABA)
05 
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07 
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10owners.
11 
12Type ‘help;‘ or ‘\h‘ for help. Type ‘\c‘ to clear the current input statement.
13 
14mysql>