k8s client-go源码分析 informer源码分析(3)-Reflector源码分析

k8s client-go源码分析 informer源码分析(3)-Reflector源码分析

1.Reflector概述

Reflector从kube-apiserver中list&watch资源对象，然后将对象的变化包装成Delta并将其丢到DeltaFIFO中。简单点来说，就是将Etcd 的对象及其变化反射到DeltaFIFO中。

Reflector首先通过List操作获取全量的资源对象数据，调用DeltaFIFO的Replace方法全量插入DeltaFIFO，然后后续通过Watch操作根据资源对象的变化类型相应的调用DeltaFIFO的Add、Update、Delete方法，将对象及其变化插入到DeltaFIFO中。

Reflector的健壮性处理机制

Reflector有健壮性处理机制，用于处理与

apiserver

断连后重新进行

List&Watch

的场景。也是因为有这样的健壮性处理机制，所以我们一般不去直接使用客户端的

Watch

方法来处理自己的业务逻辑，而是使用

informers

。

Reflector核心操作

Reflector的两个核心操作：
（1）List&Watch；
（2）将对象的变化包装成Delta然后扔进DeltaFIFO。

informer概要架构图

通过下面这个informer的概要架构图，可以大概看到Reflector在整个informer中所处的位置及其作用。

2.Reflector初始化与启动分析

2.1 Reflector结构体

先来看到Reflector结构体，这里重点看到以下属性：
（1）expectedType：放到Store中（即DeltaFIFO中）的对象类型；
（2）store：store会赋值为DeltaFIFO，具体可以看之前的informer初始化与启动分析即可得知，这里不再展开分析；
（3）listerWatcher：存放list方法和watch方法的ListerWatcher interface实现；

// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
type Reflector struct {
// name identifies this reflector. By default it will be a file:line if possible.
name string

// The name of the type we expect to place in the store. The name
// will be the stringification of expectedGVK if provided, and the
// stringification of expectedType otherwise. It is for display
// only, and should not be used for parsing or comparison.
expectedTypeName string
// The type of object we expect to place in the store.
expectedType reflect.Type
// The GVK of the object we expect to place in the store if unstructured.
expectedGVK *schema.GroupVersionKind
// The destination to sync up with the watch source
store Store
// listerWatcher is used to perform lists and watches.
listerWatcher ListerWatcher
// period controls timing between one watch ending and
// the beginning of the next one.
period       time.Duration
resyncPeriod time.Duration
ShouldResync func() bool
// clock allows tests to manipulate time
clock clock.Clock
// lastSyncResourceVersion is the resource version token last
// observed when doing a sync with the underlying store
// it is thread safe, but not synchronized with the underlying store
lastSyncResourceVersion string
// lastSyncResourceVersionMutex guards read/write access to lastSyncResourceVersion
lastSyncResourceVersionMutex sync.RWMutex
// WatchListPageSize is the requested chunk size of initial and resync watch lists.
// Defaults to pager.PageSize.
WatchListPageSize int64
}

2.2 Reflector初始化-NewReflector

NewReflector为Reflector的初始化方法，返回一个Reflector结构体，这里主要看到初始化Reflector的时候，需要传入ListerWatcher interface的实现。

// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
func NewReflector(lw ListerWatcher, expectedType interface{}, store Store, resyncPeriod time.Duration) *Reflector {
return NewNamedReflector(naming.GetNameFromCallsite(internalPackages...), lw, expectedType, store, resyncPeriod)
}

// NewNamedReflector same as NewReflector, but with a specified name for logging
func NewNamedReflector(name string, lw ListerWatcher, expectedType interface{}, store Store, resyncPeriod time.Duration) *Reflector {
r := &Reflector{
name:          name,
listerWatcher: lw,
store:         store,
period:        time.Second,
resyncPeriod:  resyncPeriod,
clock:         &clock.RealClock{},
}
r.setExpectedType(expectedType)
return r
}

2.3 ListerWatcher interface

ListerWatcher interface定义了

Reflector

应该拥有的最核心的两个方法，即

List

与

Watch

，用于全量获取资源对象以及监控资源对象的变化。关于

List

与

Watch

什么时候会被调用，怎么被调用，在后续分析Reflector核心处理方法的时候会详细做分析。

// k8s.io/client-go/tools/cache/listwatch.go
type Lister interface {
// List should return a list type object; the Items field will be extracted, and the
// ResourceVersion field will be used to start the watch in the right place.
List(options metav1.ListOptions) (runtime.Object, error)
}

type Watcher interface {
// Watch should begin a watch at the specified version.
Watch(options metav1.ListOptions) (watch.Interface, error)
}

type ListerWatcher interface {
Lister
Watcher
}

2.4 ListWatch struct

继续看到

ListWatch struct

，其实现了

ListerWatcher interface

。

// k8s.io/client-go/tools/cache/listwatch.go
type ListFunc func(options metav1.ListOptions) (runtime.Object, error)

type WatchFunc func(options metav1.ListOptions) (watch.Interface, error)

type ListWatch struct {
ListFunc  ListFunc
WatchFunc WatchFunc
// DisableChunking requests no chunking for this list watcher.
DisableChunking bool
}

ListWatch的初始化

再来看到

ListWatch struct

初始化的一个例子。在

NewDeploymentInformer

初始化Deployment对象的informer中，会初始化

ListWatch struct

并定义其

ListFunc

与

WatchFunc

，可以看到

ListFunc

与

WatchFunc

即为其资源对象客户端的

List

与

Watch

方法。

// staging/src/k8s.io/client-go/informers/apps/v1beta1/deployment.go
func NewDeploymentInformer(client kubernetes.Interface, namespace string, resyncPeriod time.Duration, indexers cache.Indexers) cache.SharedIndexInformer {
return NewFilteredDeploymentInformer(client, namespace, resyncPeriod, indexers, nil)
}

func NewFilteredDeploymentInformer(client kubernetes.Interface, namespace string, resyncPeriod time.Duration, indexers cache.Indexers, tweakListOptions internalinterfaces.TweakListOptionsFunc) cache.SharedIndexInformer {
return cache.NewSharedIndexInformer(
&cache.ListWatch{
ListFunc: func(options v1.ListOptions) (runtime.Object, error) {
if tweakListOptions != nil {
tweakListOptions(&options)
}
return client.AppsV1beta1().Deployments(namespace).List(options)
},
WatchFunc: func(options v1.ListOptions) (watch.Interface, error) {
if tweakListOptions != nil {
tweakListOptions(&options)
}
return client.AppsV1beta1().Deployments(namespace).Watch(options)
},
},
&appsv1beta1.Deployment{},
resyncPeriod,
indexers,
)
}

2.5 Reflector启动入口-Run

最后来看到

Reflector

的启动入口

Run

方法，其主要是循环调用

r.ListAndWatch

，该方法是

Reflector

的核心处理方法，后面会详细进行分析。另外，也可以看到

Reflector

有健壮性处理机制，即循环调用

r.ListAndWatch

方法，用于处理与

apiserver

断连后重新进行

List&Watch

的场景。也是因为有这样的健壮性处理机制，所以我们一般不去直接使用客户端的

Watch

方法来处理自己的业务逻辑，而是使用

informers

。

// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
func (r *Reflector) Run(stopCh <-chan struct{}) {
klog.V(3).Infof("Starting reflector %v (%s) from %s", r.expectedTypeName, r.resyncPeriod, r.name)
wait.Until(func() {
if err := r.ListAndWatch(stopCh); err != nil {
utilruntime.HandleError(err)
}
}, r.period, stopCh)
}

3.Reflector核心处理方法分析

分析完了初始化与启动后，现在来看到

Reflector

的核心处理方法

ListAndWatch

。

ListAndWatch

ListAndWatch的主要逻辑分为三大块：

A.List操作（只执行一次）： （1）设置ListOptions，将ResourceVersion设置为“0”；
（2）调用r.listerWatcher.List方法，执行list操作，即获取全量的资源对象；
（3）根据list回来的资源对象，获取最新的resourceVersion；
（4）资源转换，将list操作获取回来的结果转换为

[]runtime.Object

结构；
（5）调用r.syncWith，根据list回来转换后的结果去替换store里的items；
（6）调用r.setLastSyncResourceVersion，为Reflector更新已被处理的最新资源对象的resourceVersion值；

B.Resync操作（异步循环执行）；
（1）判断是否需要执行Resync操作，即重新同步；
（2）需要则调用r.store.Resync操作后端store做处理；

C.Watch操作（循环执行）：
（1）stopCh处理，判断是否需要退出循环；
（2）设置ListOptions，设置resourceVersion为最新的resourceVersion，即从list回来的最新resourceVersion开始执行watch操作；
（3）调用r.listerWatcher.Watch，开始监听操作；
（4）watch监听操作的错误返回处理；
（5）调用r.watchHandler，处理watch操作返回来的结果，操作后端store，新增、更新或删除items；

// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
func (r *Reflector) ListAndWatch(stopCh <-chan struct{}) error {
klog.V(3).Infof("Listing and watching %v from %s", r.expectedTypeName, r.name)
var resourceVersion string

// A.List操作（只执行一次）
// （1）设置ListOptions，将ResourceVersion设置为“0”
// Explicitly set "0" as resource version - it's fine for the List()
// to be served from cache and potentially be delayed relative to
// etcd contents. Reflector framework will catch up via Watch() eventually.
options := metav1.ListOptions{ResourceVersion: "0"}

if err := func() error {
initTrace := trace.New("Reflector ListAndWatch", trace.Field{"name", r.name})
defer initTrace.LogIfLong(10 * time.Second)
var list runtime.Object
var err error
listCh := make(chan struct{}, 1)
panicCh := make(chan interface{}, 1)
//（2）调用r.listerWatcher.List方法，执行list操作，即获取全量的资源对象
go func() {
defer func() {
if r := recover(); r != nil {
panicCh <- r
}
}()
// Attempt to gather list in chunks, if supported by listerWatcher, if not, the first
// list request will return the full response.
pager := pager.New(pager.SimplePageFunc(func(opts metav1.ListOptions) (runtime.Object, error) {
return r.listerWatcher.List(opts)
}))
if r.WatchListPageSize != 0 {
pager.PageSize = r.WatchListPageSize
}
// Pager falls back to full list if paginated list calls fail due to an "Expired" error.
list, err = pager.List(context.Background(), options)
close(listCh)
}()
select {
case <-stopCh:
return nil
case r := <-panicCh:
panic(r)
case <-listCh:
}
if err != nil {
return fmt.Errorf("%s: Failed to list %v: %v", r.name, r.expectedTypeName, err)
}
initTrace.Step("Objects listed")
listMetaInterface, err := meta.ListAccessor(list)
if err != nil {
return fmt.Errorf("%s: Unable to understand list result %#v: %v", r.name, list, err)
}
//（3）根据list回来的资源对象，获取最新的resourceVersion
resourceVersion = listMetaInterface.GetResourceVersion()
initTrace.Step("Resource version extracted")
//（4）资源转换，将list操作获取回来的结果转换为```[]runtime.Object```结构
items, err := meta.ExtractList(list)
if err != nil {
return fmt.Errorf("%s: Unable to understand list result %#v (%v)", r.name, list, err)
}
initTrace.Step("Objects extracted")
//（5）调用r.syncWith，根据list回来转换后的结果去替换store里的items
if err := r.syncWith(items, resourceVersion); err != nil {
return fmt.Errorf("%s: Unable to sync list result: %v", r.name, err)
}
initTrace.Step("SyncWith done")
//（6）调用r.setLastSyncResourceVersion，为Reflector更新已被处理的最新资源对象的resourceVersion值
r.setLastSyncResourceVersion(resourceVersion)
initTrace.Step("Resource version updated")
return nil
}(); err != nil {
return err
}

// B.Resync操作（异步循环执行）
resyncerrc := make(chan error, 1)
cancelCh := make(chan struct{})
defer close(cancelCh)
go func() {
resyncCh, cleanup := r.resyncChan()
defer func() {
cleanup() // Call the last one written into cleanup
}()
for {
select {
case <-resyncCh:
case <-stopCh:
return
case <-cancelCh:
return
}
//（1）判断是否需要执行Resync操作，即重新同步
if r.ShouldResync == nil || r.ShouldResync() {
klog.V(4).Infof("%s: forcing resync", r.name)
//（2）需要则调用r.store.Resync操作后端store做处理
if err := r.store.Resync(); err != nil {
resyncerrc <- err
return
}
}
cleanup()
resyncCh, cleanup = r.resyncChan()
}
}()

// C.Watch操作（循环执行）
for {
//（1）stopCh处理，判断是否需要退出循环
// give the stopCh a chance to stop the loop, even in case of continue statements further down on errors
select {
case <-stopCh:
return nil
default:
}

//（2）设置ListOptions，设置resourceVersion为最新的resourceVersion，即从list回来的最新resourceVersion开始执行watch操作
timeoutSeconds := int64(minWatchTimeout.Seconds() * (rand.Float64() + 1.0))
options = metav1.ListOptions{
ResourceVersion: resourceVersion,
// We want to avoid situations of hanging watchers. Stop any wachers that do not
// receive any events within the timeout window.
TimeoutSeconds: &timeoutSeconds,
// To reduce load on kube-apiserver on watch restarts, you may enable watch bookmarks.
// Reflector doesn't assume bookmarks are returned at all (if the server do not support
// watch bookmarks, it will ignore this field).
AllowWatchBookmarks: true,
}

//（3）调用r.listerWatcher.Watch，开始监听操作
w, err := r.listerWatcher.Watch(options)
//（4）watch监听操作的错误返回处理
if err != nil {
switch err {
case io.EOF:
// watch closed normally
case io.ErrUnexpectedEOF:
klog.V(1).Infof("%s: Watch for %v closed with unexpected EOF: %v", r.name, r.expectedTypeName, err)
default:
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: Failed to watch %v: %v", r.name, r.expectedTypeName, err))
}
// If this is "connection refused" error, it means that most likely apiserver is not responsive.
// It doesn't make sense to re-list all objects because most likely we will be able to restart
// watch where we ended.
// If that's the case wait and resend watch request.
if utilnet.IsConnectionRefused(err) {
time.Sleep(time.Second)
continue
}
return nil
}

//（5）调用r.watchHandler，处理watch操作返回来的结果，操作后端store，新增、更新或删除items
if err := r.watchHandler(w, &resourceVersion, resyncerrc, stopCh); err != nil {
if err != errorStopRequested {
switch {
case apierrs.IsResourceExpired(err):
klog.V(4).Infof("%s: watch of %v ended with: %v", r.name, r.expectedTypeName, err)
default:
klog.Warningf("%s: watch of %v ended with: %v", r.name, r.expectedTypeName, err)
}
}
return nil
}
}
}

关于List操作时设置的ListOptions

这里主要讲一下

ListOptions

中的

ResourceVersion

属性的作用。

上述讲到的Reflector中，list操作时将 resourceVersion 设置了为“0”，此时返回的数据是apiserver cache中的，并非直接读取 etcd 而来，而apiserver cache中的数据可能会因网络或其他原因导致与etcd中的数据不同。

list操作时，resourceVersion 有三种设置方法：
（1）第一种：不设置，此时会从直接从etcd中读取，此时数据是最新的；
（2）第二种：设置为“0”，此时从apiserver cache中获取；
（3）第三种：设置为指定的resourceVersion，获取resourceVersion大于指定版本的所有资源对象。

详细参考：https://kubernetes.io/zh/docs/reference/using-api/api-concepts/#resource-versions

3.1 r.syncWith

r.syncWith方法主要是调用r.store.Replace方法，即根据list的结果去替换store里的items，具体关于r.store.Replace方法的分析，在后续对DeltaFIFO进行分析时再做具体的分析。

// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
func (r *Reflector) syncWith(items []runtime.Object, resourceVersion string) error {
found := make([]interface{}, 0, len(items))
for _, item := range items {
found = append(found, item)
}
return r.store.Replace(found, resourceVersion)
}

3.2 r.setLastSyncResourceVersion

lastSyncResourceVersion属性为

Reflector struct

的一个属性，用于存储已被Reflector处理的最新资源对象的ResourceVersion，

r.setLastSyncResourceVersion

方法用于更新该值。

// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
func (r *Reflector) setLastSyncResourceVersion(v string) {
r.lastSyncResourceVersionMutex.Lock()
defer r.lastSyncResourceVersionMutex.Unlock()
r.lastSyncResourceVersion = v
}

type Reflector struct {
...
lastSyncResourceVersion string
...
}

3.3 r.watchHandler

r.watchHandler主要是处理watch操作返回来的结果，其主要逻辑为循环做以下操作，直至event事件处理完毕：
（1）从watch操作返回来的结果中获取event事件；
（2）event事件相关错误处理；
（3）获得当前watch到资源的ResourceVersion；
（4）区分watch.Added、watch.Modified、watch.Deleted三种类型的event事件，分别调用r.store.Add、r.store.Update、r.store.Delete做处理，具体关于r.store.xxx的方法分析，在后续对DeltaFIFO进行分析时再做具体的分析；
（5）调用r.setLastSyncResourceVersion，为Reflector更新已被处理的最新资源对象的resourceVersion值；

// k8s.io/client-go/tools/cache/reflector.go
// watchHandler watches w and keeps *resourceVersion up to date.
func (r *Reflector) watchHandler(w watch.Interface, resourceVersion *string, errc chan error, stopCh <-chan struct{}) error {
start := r.clock.Now()
eventCount := 0

// Stopping the watcher should be idempotent and if we return from this function there's no way
// we're coming back in with the same watch interface.
defer w.Stop()

loop:
for {
select {
case <-stopCh:
return errorStopRequested
case err := <-errc:
return err
// （1）从watch操作返回来的结果中获取event事件
case event, ok := <-w.ResultChan():
// （2）event事件相关错误处理
if !ok {
break loop
}
if event.Type == watch.Error {
return apierrs.FromObject(event.Object)
}
if r.expectedType != nil {
if e, a := r.expectedType, reflect.TypeOf(event.Object); e != a {
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: expected type %v, but watch event object had type %v", r.name, e, a))
continue
}
}
if r.expectedGVK != nil {
if e, a := *r.expectedGVK, event.Object.GetObjectKind().GroupVersionKind(); e != a {
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: expected gvk %v, but watch event object had gvk %v", r.name, e, a))
continue
}
}
// （3）获得当前watch到资源的ResourceVersion
meta, err := meta.Accessor(event.Object)
if err != nil {
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: unable to understand watch event %#v", r.name, event))
continue
}
newResourceVersion := meta.GetResourceVersion()
// （4）区分watch.Added、watch.Modified、watch.Deleted三种类型的event事件，分别调用r.store.Add、r.store.Update、r.store.Delete做处理
switch event.Type {
case watch.Added:
err := r.store.Add(event.Object)
if err != nil {
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: unable to add watch event object (%#v) to store: %v", r.name, event.Object, err))
}
case watch.Modified:
err := r.store.Update(event.Object)
if err != nil {
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: unable to update watch event object (%#v) to store: %v", r.name, event.Object, err))
}
case watch.Deleted:
// TODO: Will any consumers need access to the "last known
// state", which is passed in event.Object? If so, may need
// to change this.
err := r.store.Delete(event.Object)
if err != nil {
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: unable to delete watch event object (%#v) from store: %v", r.name, event.Object, err))
}
case watch.Bookmark:
// A `Bookmark` means watch has synced here, just update the resourceVersion
default:
utilruntime.HandleError(fmt.Errorf("%s: unable to understand watch event %#v", r.name, event))
}
// （5）调用r.setLastSyncResourceVersion，为Reflector更新已被处理的最新资源对象的resourceVersion值
*resourceVersion = newResourceVersion
r.setLastSyncResourceVersion(newResourceVersion)
eventCount++
}
}

watchDuration := r.clock.Since(start)
if watchDuration < 1*time.Second && eventCount == 0 {
return fmt.Errorf("very short watch: %s: Unexpected watch close - watch lasted less than a second and no items received", r.name)
}
klog.V(4).Infof("%s: Watch close - %v total %v items received", r.name, r.expectedTypeName, eventCount)
return nil
}

至此Reflector的分析就结束了，最后来总结一下。

总结

Reflector核心处理逻辑

先来用一幅图来总结一下Reflector核心处理逻辑。

informer架构中的Reflector

下面这个架构图相比文章开头的informer的概要架构图，将Refletor部分详细分解了，也顺带回忆一下Reflector在informer架构中的主要作用：
（1）Reflector首先通过List操作获取全量的资源对象数据，调用DeltaFIFO的Replace方法全量插入DeltaFIFO；
（2）然后后续通过Watch操作根据资源对象的变化类型相应的调用DeltaFIFO的Add、Update、Delete方法，将对象及其变化插入到DeltaFIFO中。

在对informer中的Reflector分析完之后，接下来将分析informer中的DeltaFIFO。