分布式事务实践 解决数据一致性

分布式事务实践 解决数据一致性

Socket 是什么以及创立过程
一个数据包经由应用程序产生,进入到协议栈中停止各种报文头的包装,然后操作系统调用网卡驱动程序指挥硬件,把数据发送到对端主机。整个过程的大致的图示如下。

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我们大家晓得,协议栈其实是位于操作系统中的一些协议的堆叠,这些协议包括 TCP、UDP、ARP、ICMP、IP等。通常某个协议的设计都是为理解决某些问题,比方 TCP 的设计就担任平安牢靠的传输数据,UDP 设计就是报文小,传输效率高,ARP 的设计是可以经过 IP 地址查询物理(Mac)地址,ICMP 的设计目的是返回错误报文给主机,IP 设计的目的是为了完成大范围主机的互联互通。

应用程序比方阅读器、电子邮件、文件传输效劳器等产生的数据,会经过传输层协议停止传输,而应用程序是不会和传输层直接树立联络的,而是有一个可以衔接应用层和传输层之间的套件,这个套件就是 Socket。

在上面这幅图中,应用程序包含 Socket 和解析器,解析器的作用就是向 DNS 效劳器发起查询,查询目的 IP 地址。

应用程序的下面就是操作系统内部,操作系统内部包括协议栈,协议栈是一系列协议的堆叠。操作系统下面就是网卡驱动程序,网卡驱动程序担任控制网卡硬件,驱动程序驱动网卡硬件完成收发工作。

在操作系统内部有一块用于寄存控制信息的存储空间,这块存储空间记载了用于控制通讯的控制信息。其实这些控制信息就是 Socket 的实体,或者说寄存控制信息的内存空间就是套接字的实体。

这里大家有可能不太分明所以然,所以我用了一下 netstat 命令来给大伙看一下套接字是啥玩意。

我们在 Windows 的命令提示符中输入

netstat -ano

netstat 用于显现套接字内容 , -ano 是可选选项

a 不只显现正在通讯的套接字,还显现包括尚未开端通讯等状态的一切套接字

n 显现 IP 地址和端口号

o 显现套接字的程序 PID

我的计算时机呈现下面结果。

图中的每一行都相当于一个套接字,每一列也被称为一个元组,所以一个套接字就是五元组(协议、本地地址、外部地址、状态、PID)。有的时分也被叫做四元组,四元组不包括协议。

比方图中的第一行,它的协议就是 TCP,本地地址和远程地址都是 0.0.0.0,这表示通讯还没有开端,IP 地址暂时还未肯定,而本地端口已知是 135,但是远程端口还未知,此时的状态是 LISTENING,LISTENING 表示应用程序曾经翻开,正在等候与远程主机树立衔接(关于各种状态之间的转换,大家能够阅读笔者的这篇文章 TCP ,丫的终于来了!!)最后一个元组是 PID,即进程标识符,PID 就像我们的身份证号码,可以准确定位独一的进程。

如今你可能对 Socket 有了一个根本的认识,如今喝口水,休息一下,让我们继续探求 Socket。

如今我有个问题,Socket 是如何创立的呢?
Socket 是和应用程序一同创立的。应用程序中有一个 socket 组件,在应用程序启动时,会调用 socket 申请创立套接字,协议栈会依据应用程序的申请创立套接字:首先分配一个套接字所需的内存空间,这一步相当于是为控制信息准备一个容器,但只要容器并没有实践作用,所以你还需求向容器中放入控制信息;假如你不申请创立套接字所需求的内存空间,你创立的控制信息也没有中央寄存,所以分配内存空间,放入控制信息缺一不可。至此套接字的创立就曾经完成了。

套接字创立完成后,会返回一个套接字描绘符给应用程序,这个描绘符相当于是辨别不同套接字的号码牌。依据这个描绘符,应用程序在拜托协议栈收发数据时就需求提供这个描绘符。

套接字衔接
套接字创立完成后,最终还是为数据收发效劳的,在数据收发之前,还需求停止一步 connect,也就是树立衔接的过程。这个衔接并不是真实的衔接:用一根水管插在两个电脑之间。

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而是应用程序经过 TCP/IP 协议规范从一个主机经过网络介质传输到另一个主机的过程。

套接字刚刚创立完成后,还没有数据,也不晓得通讯对象。在这种状态下,即便你让客户端应用程序拜托协议栈发送数据,它也不晓得发送到哪里。所以阅读器需求依据网址来查询效劳器的 IP 地址,做这项工作的协议是 DNS,查询到目的主机后,再把目的主机的 IP 通知协议栈,至此,客户端这边就准备好了。

在效劳器上,与客户端一样也需求创立套接字,但是同样的它也不晓得通讯对象是谁,所以我们需求让客户端向效劳器告知客户端的必要信息:IP 地址和端口号。

如今通讯双方树立衔接的必要信息曾经具备,只欠一股东南风了。通讯双方收到数据之后,还需求一块位置来寄存,这个位置就是缓冲区,它是内存的一局部,有了缓冲区,就可以停止数据的收发操作了。

OK,如今客户端想要给效劳器发送一条数据,该停止哪些操作呢?

首先,客户端应用程序需求调用 Socket 库中的 connect 办法,提供 socket 描绘符和效劳器 IP 地址、端口号。

connect(<描绘符>、<效劳器IP地址和端口号>)
这些信息会传送给协议栈中的 TCP 模块,TCP 模块会对恳求报文停止封装,再传送给 IP 模块,停止 IP 报文头的封装,然后传送给物理层,停止帧头封装,之后经过网络介质传送给效劳器,效劳器上会对帧头、IP 模块、TCP 模块的报文头停止解析,从而找到对应的套接字,套接字收到恳求后,会写入相应的信息,并且把状态改为正在衔接。恳求过程完成后,效劳器的 TCP 模块会返回响应,这个过程和客户端是一样的(假如大家不太分明报文头的封装过程,能够阅读笔者的这篇文章 TCP/IP 根底学问总结)

在一个完好的恳求和响应过程中,控制信息起到十分关键的作用(详细的作用我们后面会说)。

SYN 就是同步的缩写,客户端会首先发送 SYN 数据包,恳求效劳端树立衔接。
ACK 就是相应的意义,它是对发送 SYN 数据包的响应。
FIN 是终止的意义,它表示客户端/效劳器想要终止衔接。
由于网络环境的复杂多变,经常会存在数据包丧失的状况,所以双方通讯时需求互相确认对方的数据包能否曾经抵达,而判别的规范就是 ACK 的值。

(通讯双方衔接的树立会经过三次握手流程,对三次握手细致的引见能够阅读笔者的这篇文章 TCP 根底学问)

当一切树立衔接的报文都可以正常收发之后,此时套接字就曾经进入可收发状态了,此时能够以为用一根管理把两个套接字衔接了起来。当然,实践上并不存在这个管子。树立衔接之后,协议栈的衔接操作就完毕了,也就是说 connect 曾经执行终了,控制流程被交回给应用程序。

收发数据
当控制流程从 connect 回到应用程序之后,接下来就会直接进入数据收发阶段,数据收发操作是从应用程序调用 write 将要发送的数据交给协议栈开端的,协议栈收到数据之后执行发送操作。

协议栈不会关怀应用程序传输过来的是什么数据,由于这些数据最终都会转换为二进制序列,协议栈在收到数据之后并不会马上把数据发送进来,而是会将数据放在发送缓冲区,再等候应用程序发送下一条数据。

为什么收到数据包不会直接发送进来,而是放在缓冲区中呢?
由于只需一旦收到数据就会发送,就有可能发送大量的小数据包,招致网络效率降落。所以协议栈需求将数据积累到一定数量才干将其发送进来。至于协议栈会向缓冲区放几数据,这个不同版本和品种的操作系统有不同的说法,不过,一切的操作系统和品种都会遵照下面这几个规范:

第一个判别要素是每个网络包可以包容的数据长度,判别的规范是 MTU,它表示的是一个网络包的最大长度。最大长度包含头部,所以假如单论数据区的话,就会用 MTU - 包头长度,由此的出来的最大数据长度被称为 MSS。

另一个判别规范是时间,当应用程序产生的数据比拟少,协议栈向缓冲区放置数据效率不高时,假如每次都等到 MSS 再发送的话,可能由于等候时间太长形成延迟,在这种状况下,即便数据长度没有抵达 MSS,也应该把数据发送进来。
协议栈并没有通知我们怎样均衡这两个要素,假如数据长度优先,那么效率有可能比拟低;假如时间优先,那又会降低网络的效率。

经过了一段时间。。。。。。
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假定我们运用的是长度有限规律,此时缓冲区已满,协议栈要发送数据了,协议栈刚要把数据发送进来,却发现无法一次性传输这么大数据量(相对的)的数据,那怎样办呢?

在这种状况下,发送缓冲区中的数据就会超越 MSS 的长度,发送缓冲区中的数据会以 MSS 大小为一个数据包停止拆分,拆分出来的每块数据都会加上 TCP,IP,以太网头部,然后被放进单独的网络包中。

到如今,网络包曾经准备好发往效劳器了,但是数据发送操作还没有完毕,由于效劳器还未确认能否曾经收到网络包。因而在客户端发送数据包之后,还需求效劳器停止确认。

TCP 模块在拆分数据时,会计算出网络包偏移量,这个偏移量就是相关于数据从头开端计算的第几个字节,并将算好的字节数写在 TCP 头部,TCP 模块还会生成一个网络包的序号(SYN),这个序号是独一的,这个序号就是用来让效劳器停止确认的。

效劳器会对客户端发送过来的数据包停止确认,确认无误之后,效劳器会生成一个序号和确认号(ACK)并一同发送给客户端,客户端确认之后再发送确认号给效劳器。

我们来看一下实践的工作过程。

首先,客户端在衔接时需求计算出序号初始值,并将这个值发送给效劳器。接下来,效劳器经过这个初始值计算出 确认号并返回给客户端。初始值在通讯过程中有可能会丢弃,因而当效劳器收到初始值后需求返回确认号用于确认。同时,效劳器也需求计算出从效劳器到客户端方向的序号初始值,并将这个值发送给客户端。然后,客户端也需求依据效劳器发来的初始值计算出确认号发送给效劳器,至此,衔接树立完成,接下来就能够进入数据收发阶段了。

数据收发阶段中,通讯双方能够同时发送恳求和响应,双方也能够同时对恳求停止确认。

恳求 - 确认机制十分强大,经过这一机制,我们能够确认接纳方有没有收到某个包,假如没有收到则重新发送,这样一来,凡是网络中呈现的任何错误,我们都能够即便发现并弥补。

网卡、集线器、路由器都没有错误弥补机制,一旦检测到错误就会直接丢弃数据包,应用程序也没有这种机制,起作用的只是 TCP/IP 模块。

由于网络环境复杂多变,所以数据包会存在丧失状况,因而发送序号和确认号也存在一定规则,TCP 会经过窗口管理确认号,我们这篇文章不再赘述,大家能够阅读笔者的这篇文章 TCP 根底学问 来寻觅答案。

断开衔接
当通讯双方不再需求收发数据时,需求断开衔接。不同的应用程序断开衔接的机遇不同。以 Web 为例,阅读器向 Web 效劳器发送恳求音讯,Web 效劳器再返回响应音讯,这时收发数据就全部完毕了,效劳器可能会首先发起断开响应,当然客户端也有可能会首先发起(谁先断开衔接是应用程序做出的判别),与协议栈无关。
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无论哪一方发起断开衔接的恳求,都会调用 Socket 库的 close 程序。我们以效劳器断开衔接为例,效劳器发起断开衔接恳求,协议栈会生成断开衔接的 TCP 头部,其实就是设置 FIN 位,然后拜托 IP 模块向客户端发送数据,与此同时,效劳器的套接字会记载下断开衔接的相关信息。

收到效劳器发来 FIN 恳求后,客户端协议栈会将套接字标志为断开衔接状态,然后,客户端会向效劳器返回一个确认号,这是断开衔接的第一步,在这一步之后,应用程序还会调用 read 来读取数据。等到效劳器数据发送完成后,协议栈会通知客户端应用程序数据曾经接纳终了。

只需收到效劳器返回的一切数据,客户端就会调用 close 程序来完毕收发操作,这时客户端会生成一个 FIN 发送给效劳器,一段时间后效劳器返回 ACK 号,至此,客户端和效劳器的通讯就完毕了。

删除套接字
通讯完成后,用来通讯的套接字就不再会运用了,此时我们就能够删除这个套接字了。不过,这时分套接字不会马上删除,而是等过一段时间再删除。

等候这段时间是为了避免误操作,最常见的误操作就是客户端返回确实认号丧失,至于等候多长时间,和数据包重传的方式有关。

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