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libp2p-rs swarm 拨号设计与实现

2020-11-26 10:22 288 查看

前面我们对go-libp2p中swarm拨号源码进行了分析（【go-libp2p源码剖析】Swarm拨号），参考go-libp2p，我们在libp2p-rs上完成swarm拨号功能的开发。功能基本上和go-libp2p保持一致，稍微做了精简，去掉了go-libp2p拨号的部分功能，如DialSync中的同步拨号限制。下面对libp2p-rs swarm拨号功能的实现做一个详细的说明。

代码组织结构

仓库地址：https://github.com/netwarps/libp2p-rs.git
拨号相关代码主要分布在

swarm/src/lib.rs

和

swarm/src/dial.rs

两个文件中

类图如下：

拨号实现主要围绕AsyncDialer展开，它组合了DialLimiter和Backoff的功能，AsyncDialer实现了拨号的重试，拨号任务的启动及拨号结果的收集和反馈。拨号默认不重试，可以通过修改环境变量
```
LIBP2P_SWARM_DIAL_ATTEMPTS
```
对重试次数做修改。
DialParam 包装了多个拨号需要的参数，在AsyncDialer的方法之间传递
Transports可以根据拨号地址匹配合适的Transport去拨号（比如是TCP还是WebSocket）
DialBackoff 对Peer的拨号失败的地址做了标记，避免频繁拨号
DialLimiter 对并发拨号数做了限制，默认100，也可以通过修改环境变量
```
LIBP2P_SWARM_DIAL_LIMIT
```
对并发拨号数做修改
工作流程

时序图如下：

注：我们拨号没有将connection直接返回（因为只有在open_stream时才用到了connection，如果将值返回显得有点多余，返回可变引用又会有生命周期相关问题）。这里会构造一个闭包(主要用来打开流并返回流)，最终在ConnectionEstablished事件或OutgoingConnectionError事件处理函数中执行这个闭包。
由于拨号需要启动多个task，如果一路传递下去的话，闭包需要支持clone才行，闭包捕获了外部的oneshot::Sender，它不支持clone，所以为求方便我们将闭包暂存在Swarm里的dial_transactions中，它是一个hashmap数据结构，key值是每次操作生成的唯一值，我们命名为TransactionId。这个TransactionId最终会带到ConnectionEstablished事件或OutgoingConnectionError事件对应的处理函数，最后我们可以根据TransactionId将闭包remove出来执行。

部分代码片段

type DialCallback = Box<dyn FnOnce(Result<&mut Connection>) + Send>;

fn on_new_stream(&mut self, peer_id: PeerId, pids: Vec<ProtocolId>, reply: oneshot::Sender<Result<Substream>>) -> Result<()> {
if let Some(connection) = self.get_best_conn(&peer_id) {
......
} else {
// dialing peer, and opening a new stream in the post-processing callback
self.dial_peer(peer_id.clone(), |r: Result<&mut Connection>| {
match r {
Ok(connection) => {
connection.open_stream(pids, |r| {
let _ = reply.send(r.map_err(|e| e.into()));
});
}
Err(e) => {
let _ = reply.send(Err(e));
}
}
});
}
Ok(())
}

fn dial_peer<F: FnOnce(Result<&mut Connection>) + Send + 'static>(&mut self, peer_id: PeerId, f: F) {
......

// allocate transaction id and push box::f into hashmap for post-processing
let tid = self.assign_tid();
self.dial_transactions.insert(tid, Box::new(f));
self.dialer
.dial(peer_id, self.transports.clone(), addrs, self.event_sender.clone(), tid);
}

fn handle_connection_opened(&mut self, stream_muxer: IStreamMuxer, dir: Direction, tid: Option<TransactionId>) -> Result<()> {
......
// dial callback for post-processing
// note that it must cleanup the tid entry
if let Some(id) = tid {
// the entry must be there
let callback = self.dial_transactions.remove(&id).expect("no match tid found");
callback(Ok(&mut connection));
}
......
}

Swarm拨号时会调用AsyncDialer的dial方法。这里首先启动一个新的task，再调用start_dialing方法。start_dialing方法实现了对拨号的重试功能，它会等待拨号结果，将拨号结果返回给dial，成功则发送ConnectionEstablished事件，失败则发送OutgoingConnectionError事件，在事件处理函数中会直接直接第一步传入的闭包。

pub(crate) fn dial(
&self,
peer_id: PeerId,
transports: Transports,
addrs: EitherDialAddr,
mut event_sender: mpsc::UnboundedSender<SwarmEvent>,
tid: TransactionId,
) {
let dial_param = DialParam {
transports,
addrs,
peer_id,
tid,
limiter: self.limiter.clone(),
backoff: self.backoff.clone(),
attempts: self.attempts,
};

task::spawn(async move {
let tid = dial_param.tid;
let peer_id = dial_param.peer_id.clone();

let r = AsyncDialer::start_dialing(dial_param).await;
match r {
Ok(stream_muxer) => {
let _ = event_sender
.send(SwarmEvent::ConnectionEstablished {
stream_muxer,
direction: Direction::Outbound,
tid: Some(tid),
})
.await;
}
Err(err) => {
let _ = event_sender
.send(SwarmEvent::OutgoingConnectionError { tid, peer_id, error: err })
.await;
}
}
});
}

async fn start_dialing(dial_param: DialParam) -> Result<IStreamMuxer> {
let mut dial_count: u32 = 0;
loop {
dial_count += 1;

let active_param = dial_param.clone();
let r = AsyncDialer::dial_addrs(active_param).await;
if let Err(e) = r {
log::info!("[Dialer] dialer failed at attempt={} error={:?}", dial_count, e);
if dial_count < dial_param.attempts {
log::info!(
"[Dialer] All addresses of {:?} cannot be dialed successfully. Now try dialing again, attempts={}",
dial_param.peer_id,
dial_count
);
//TODO:
task::sleep(BACKOFF_BASE).await;
} else if dial_param.attempts > 1 {
break Err(SwarmError::MaxDialAttempts(dial_param.attempts));
} else {
break Err(e);
}
} else {
break r;
}
}
}

start内部调用了dial_addrs，即对peer的多个地址同时进行拨号。首先检查backoff，如果刚拨号失败过，则直接返回错误。然后针对每个地址构造一个DialJob，每个DialJob启动一个task调用limiter的do_dial_job做拨号检查和拨号操作，因为不知道task啥时候能拨号完成，这里传了一个channel tx进去，只要拨号完成就会发回一个消息，再在外面接收，启动几个task就接收几次channel rx的消息，一旦发现有成功的拨号，就将结果直接返回。那些后面再拨号成功的，我们不关心，让它们自动销毁；对那些拨号失败的添加backoff，避免对失败地址频繁拨号。
```
let (tx, rx) = mpsc::unbounded::<(Result<IStreamMuxer>, Multiaddr)>();
let mut num_jobs = 0;
for addr in addrs_rank {
// first of all, check the transport
let r = param.transports.lookup_by_addr(addr.clone());
if r.is_err() {
log::info!("[Dialer] no transport found for {:?}", addr);
continue;
}

num_jobs += 1;

let dj = DialJob {
addr,
peer: peer_id.clone(),
tx: tx.clone(),
transport: r.unwrap(),
};
// spawn a task to dial
let limiter = self.limiter.clone();
task::spawn(async move {
limiter.do_dial_job(dj).await;
});
}
log::trace!("total {} dialing jobs started, collecting...", num_jobs);
self.collect_dialing_result(rx, num_jobs, param).await
```

async fn collect_dialing_result(&self, mut rx: UnboundedReceiver<(Result<IStreamMuxer>, Multiaddr)>, jobs: u32, param: DialParam) -> Result<IStreamMuxer> {
for i in 0..jobs {
let peer_id = param.peer_id.clone();
log::trace!("[Dialer] receiving dial result, finished jobs={} ...", i);
let r = rx.next().await;
match r {
Some((Ok(stream_muxer), addr)) => {
let reported_pid = stream_muxer.remote_peer();
if peer_id == reported_pid {
return Ok(stream_muxer);
} else {
self.backoff.add_peer(peer_id, addr).await;
}
}
Some((Err(err), addr)) => {
if let SwarmError::Transport(_) = err {
self.backoff.add_peer(peer_id, addr).await;
}
}
None => {
log::warn!("[Dialer] should not happen");
}
}
}
return Err(SwarmError::AllDialsFailed);
}

相对go的实现DialLimiter做了精简，去掉了等待列表，失败的我们不会放到waiting列表里做拨号，而是直接返回错误。AsyncDialer的dial_addrs会调用do_dial_job。do_dial_job中会判断当前正在拨号的数量，如果数量超过我们的限制，则直接返回ConcurrentDialLimit错误。否则给并发数加1，并调用execute_dial做实际的拨号操作，拨号完成并发数减1。这里对transport的拨号加了一个超时的封装（本地地址默认5秒超时，外部地址默认60s超时），如果超时则直接返回DialTimeout错误。不管拨号成功与否都通过channel将消息送回给AsyncDialer。

async fn do_dial_job(&self, mut dj: DialJob) {
if self.dial_consuming.load(Ordering::SeqCst) >= self.dial_limit {
let _ = dj.tx.send((Err(SwarmError::ConcurrentDialLimit(self.dial_limit)), dj.addr)).await;
return;
}
self.dial_consuming.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
self.execute_dial(dj).await;
}

fn dial_timeout(&self, ma: &Multiaddr) -> Duration {
let mut timeout: Duration = DIAL_TIMEOUT;
if ma.is_private_addr() {
timeout = DIAL_TIMEOUT_LOCAL;
}
timeout
}
async fn execute_dial(&self, mut dj: DialJob) {
let timeout = self.dial_timeout(&dj.addr);

let dial_r = future::timeout(timeout, dj.transport.dial(dj.addr.clone())).await;
if let Ok(r) = dial_r {
let _ = dj.tx.send((r.map_err(|e|e.into()), dj.addr)).await;
} else {
let _ = dj.tx.send((Err(SwarmError::DialTimeout(dj.addr.clone(), timeout.as_secs())), dj.addr)).await;
}
self.dial_consuming.fetch_sub(1, Ordering::SeqCst);
}

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