support tcp pub/sub.

lichao

2021-06-30 ae17d1439b35b55212c3a30712e0a60b1d6a99c0

 box/center.cpp

@@ -16,376 +16,22 @@
 * =====================================================================================
 */
#include "center.h"
#include "bh_util.h"
#include "defs.h"
#include "shm.h"
#include "center_topic_node.h"
#include "io_service.h"
#include "node_center.h"
#include "tcp_proxy.h"
#include "tcp_server.h"
#include <chrono>
#include <set>

using namespace std::chrono;
using namespace std::chrono_literals;

using namespace bhome_shm;
using namespace bhome_msg;
using namespace bhome::msg;
typedef BHCenter::MsgHandler Handler;

namespace
{

//TODO check proc_id
class NodeCenter
{
public:
   typedef std::string ProcId;
   typedef std::string Address;
   typedef bhome::msg::ProcInfo ProcInfo;
   typedef std::function<void(Address const &)> Cleaner;

private:
   enum {
      kStateInvalid,
      kStateNormal,
      kStateOffline,
      kStateKillme,
   };

   struct ProcState {
      int64_t timestamp_ = 0;
      uint32_t flag_ = 0; // reserved
      void UpdateState(const int64_t now, const int64_t offline_time, const int64_t kill_time)
      {
         auto diff = now - timestamp_;
#ifndef NDEBUG
         printf("state %p diff: %ld\n", this, diff);
#endif
         if (diff < offline_time) {
            flag_ = kStateNormal;
         } else if (diff < kill_time) {
            flag_ = kStateOffline;
         } else {
            flag_ = kStateKillme;
         }
      }
   };
   typedef std::unordered_map<Address, std::set<Topic>> AddressTopics;

   struct NodeInfo {
      ProcState state_;             // state
      std::set<Address> addrs_;     // registered mqs
      ProcInfo proc_;               //
      AddressTopics services_;      // address: topics
      AddressTopics subscriptions_; // address: topics
   };
   typedef std::shared_ptr<NodeInfo> Node;
   typedef std::weak_ptr<NodeInfo> WeakNode;

   struct TopicDest {
      Address mq_;
      WeakNode weak_node_;
      bool operator<(const TopicDest &a) const { return mq_ < a.mq_; }
   };
   inline const std::string &SrcAddr(const BHMsgHead &head) { return head.route(0).mq_id(); }
   inline bool MatchAddr(std::set<Address> const &addrs, const Address &addr) { return addrs.find(addr) != addrs.end(); }

   NodeCenter(const std::string &id, const Cleaner &cleaner, const int64_t offline_time, const int64_t kill_time) :
       id_(id), cleaner_(cleaner), offline_time_(offline_time), kill_time_(kill_time), last_check_time_(0) {}

public:
   typedef std::set<TopicDest> Clients;

   NodeCenter(const std::string &id, const Cleaner &cleaner, const steady_clock::duration offline_time, const steady_clock::duration kill_time) :
       NodeCenter(id, cleaner, duration_cast<seconds>(offline_time).count(), duration_cast<seconds>(kill_time).count()) {}

   const std::string &id() const
   {
      return id_;
   } // no need to lock.

   //TODO maybe just return serialized string.
   MsgCommonReply Register(const BHMsgHead &head, MsgRegister &msg)
   {
      if (msg.proc().proc_id() != head.proc_id()) {
         return MakeReply(eInvalidInput, "invalid proc id.");
      }

      try {
         auto UpdateRegInfo = [&](Node &node) {
            node->addrs_.insert(SrcAddr(head));
            for (auto &addr : msg.addrs()) {
               node->addrs_.insert(addr.mq_id());
            }
            node->proc_.Swap(msg.mutable_proc());
            node->state_.timestamp_ = head.timestamp();
            node->state_.UpdateState(NowSec(), offline_time_, kill_time_);
         };

         auto pos = nodes_.find(head.proc_id());
         if (pos != nodes_.end()) { // new client
            Node &node = pos->second;
            if (node->addrs_.find(SrcAddr(head)) == node->addrs_.end()) {
               // node restarted, release old mq.
               RemoveNode(node);
               node.reset(new NodeInfo);
            }
            UpdateRegInfo(node);
         } else {
            Node node(new NodeInfo);
            UpdateRegInfo(node);
            nodes_[node->proc_.proc_id()] = node;
         }
         return MakeReply(eSuccess);
      } catch (...) {
         return MakeReply(eError, "register node error.");
      }
   }

   template <class Reply, class Func>
   Reply HandleMsg(const BHMsgHead &head, Func const &op)
   {
      try {
         auto pos = nodes_.find(head.proc_id());
         if (pos == nodes_.end()) {
            return MakeReply<Reply>(eNotRegistered, "Node is not registered.");
         } else {
            auto &node = pos->second;
            if (!MatchAddr(node->addrs_, SrcAddr(head))) {
               return MakeReply<Reply>(eAddressNotMatch, "Node address error.");
            } else if (head.type() == kMsgTypeHeartbeat && CanHeartbeat(*node)) {
               return op(node);
            } else if (!Valid(*node)) {
               return MakeReply<Reply>(eNoRespond, "Node is not alive.");
            } else {
               return op(node);
            }
         }
      } catch (...) {
         //TODO error log
         return MakeReply<Reply>(eError, "internal error.");
      }
   }
   template <class Func>
   inline MsgCommonReply HandleMsg(const BHMsgHead &head, Func const &op)
   {
      return HandleMsg<MsgCommonReply, Func>(head, op);
   }

   MsgCommonReply RegisterRPC(const BHMsgHead &head, MsgRegisterRPC &msg)
   {
      return HandleMsg(
          head, [&](Node node) -> MsgCommonReply {
             auto &src = SrcAddr(head);
             auto &topics = msg.topics().topic_list();
             node->services_[src].insert(topics.begin(), topics.end());
             TopicDest dest = {src, node};
             for (auto &topic : topics) {
                service_map_[topic].insert(dest);
             }
             return MakeReply(eSuccess);
          });
   }

   MsgCommonReply Heartbeat(const BHMsgHead &head, const MsgHeartbeat &msg)
   {
      return HandleMsg(head, [&](Node node) {
         NodeInfo &ni = *node;
         ni.state_.timestamp_ = head.timestamp();
         ni.state_.UpdateState(NowSec(), offline_time_, kill_time_);

         auto &info = msg.proc();
         if (!info.public_info().empty()) {
            ni.proc_.set_public_info(info.public_info());
         }
         if (!info.private_info().empty()) {
            ni.proc_.set_private_info(info.private_info());
         }
         return MakeReply(eSuccess);
      });
   }

   MsgQueryTopicReply QueryTopic(const BHMsgHead &head, const MsgQueryTopic &req)
   {
      typedef MsgQueryTopicReply Reply;

      auto query = [&](Node self) -> MsgQueryTopicReply {
         auto pos = service_map_.find(req.topic());
         if (pos != service_map_.end() && !pos->second.empty()) {
            // now just find first one.
            const TopicDest &dest = *(pos->second.begin());
            Node dest_node(dest.weak_node_.lock());
            if (!dest_node) {
               service_map_.erase(pos);
               return MakeReply<Reply>(eOffline, "topic server offline.");
            } else if (!Valid(*dest_node)) {
               return MakeReply<Reply>(eNoRespond, "topic server not responding.");
            } else {
               MsgQueryTopicReply reply = MakeReply<Reply>(eSuccess);
               reply.mutable_address()->set_mq_id(dest.mq_);
               return reply;
            }

         } else {
            return MakeReply<Reply>(eNotFound, "topic server not found.");
         }
      };

      return HandleMsg<Reply>(head, query);
   }

   MsgCommonReply Subscribe(const BHMsgHead &head, const MsgSubscribe &msg)
   {
      return HandleMsg(head, [&](Node node) {
         auto &src = SrcAddr(head);
         auto &topics = msg.topics().topic_list();
         node->subscriptions_[src].insert(topics.begin(), topics.end());
         TopicDest dest = {src, node};
         for (auto &topic : topics) {
            subscribe_map_[topic].insert(dest);
         }
         return MakeReply(eSuccess);
      });
   }
   MsgCommonReply Unsubscribe(const BHMsgHead &head, const MsgUnsubscribe &msg)
   {
      return HandleMsg(head, [&](Node node) {
         auto &src = SrcAddr(head);
         auto pos = node->subscriptions_.find(src);

         auto RemoveSubTopicDestRecord = [this](const Topic &topic, const TopicDest &dest) {
            auto pos = subscribe_map_.find(topic);
            if (pos != subscribe_map_.end() &&
                pos->second.erase(dest) != 0 &&
                pos->second.empty()) {
               subscribe_map_.erase(pos);
            }
         };

         if (pos != node->subscriptions_.end()) {
            const TopicDest &dest = {src, node};
            auto &topics = msg.topics().topic_list();
            // clear node sub records;
            for (auto &topic : topics) {
               pos->second.erase(topic);
               RemoveSubTopicDestRecord(topic, dest);
            }
            if (pos->second.empty()) {
               node->subscriptions_.erase(pos);
            }
         }
         return MakeReply(eSuccess);
      });
   }

   Clients DoFindClients(const std::string &topic)
   {
      Clients dests;
      auto Find1 = [&](const std::string &t) {
         auto pos = subscribe_map_.find(topic);
         if (pos != subscribe_map_.end()) {
            auto &clients = pos->second;
            for (auto &cli : clients) {
               if (Valid(cli.weak_node_)) {
                  dests.insert(cli);
               }
            }
         }
      };
      Find1(topic);

      size_t pos = 0;
      while (true) {
         pos = topic.find(kTopicSep, pos);
         if (pos == topic.npos || ++pos == topic.size()) {
            // Find1(std::string()); // sub all.
            break;
         } else {
            Find1(topic.substr(0, pos));
         }
      }
      return dests;
   }
   bool FindClients(const BHMsgHead &head, const MsgPublish &msg, Clients &out, MsgCommonReply &reply)
   {
      bool ret = false;
      HandleMsg(head, [&](Node node) {
         DoFindClients(msg.topic()).swap(out);
         ret = true;
         return MakeReply(eSuccess);
      }).Swap(&reply);
      return ret;
   }

   void OnTimer()
   {
      CheckNodes();
   }

private:
   void CheckNodes()
   {
      auto now = NowSec();
      if (now - last_check_time_ < 1) { return; }
      last_check_time_ = now;

      auto it = nodes_.begin();
      while (it != nodes_.end()) {
         auto &cli = *it->second;
         cli.state_.UpdateState(now, offline_time_, kill_time_);
         if (cli.state_.flag_ == kStateKillme) {
            RemoveNode(it->second);
            it = nodes_.erase(it);
         } else {
            ++it;
         }
      }
   }
   bool CanHeartbeat(const NodeInfo &node)
   {
      return Valid(node) || node.state_.flag_ == kStateOffline;
   }
   bool Valid(const NodeInfo &node)
   {
      return node.state_.flag_ == kStateNormal;
   }
   bool Valid(const WeakNode &weak)
   {
      auto node = weak.lock();
      return node && Valid(*node);
   }
   void RemoveNode(Node &node)
   {
      auto EraseMapRec = [&node](auto &rec_map, auto &node_rec) {
         for (auto &addr_topics : node_rec) {
            TopicDest dest{addr_topics.first, node};
            for (auto &topic : addr_topics.second) {
               auto pos = rec_map.find(topic);
               if (pos != rec_map.end()) {
                  pos->second.erase(dest);
                  if (pos->second.empty()) {
                     rec_map.erase(pos);
                  }
               }
            }
         }
      };
      EraseMapRec(service_map_, node->services_);
      EraseMapRec(subscribe_map_, node->subscriptions_);

      for (auto &addr : node->addrs_) {
         cleaner_(addr);
      }
      node->addrs_.clear();
   }
   std::string id_; // center proc id;

   std::unordered_map<Topic, Clients> service_map_;
   std::unordered_map<Topic, Clients> subscribe_map_;
   std::unordered_map<ProcId, Node> nodes_;
   Cleaner cleaner_; // remove mqs.
   int64_t offline_time_;
   int64_t kill_time_;
   int64_t last_check_time_;
};

template <class Body, class OnMsg, class Replyer>
inline void Dispatch(MsgI &msg, BHMsgHead &head, OnMsg const &onmsg, Replyer const &replyer)
@@ -397,83 +43,111 @@
   }
}

Handler Combine(const Handler &h1, const Handler &h2)
{
   return [h1, h2](ShmSocket &socket, bhome_msg::MsgI &msg, bhome::msg::BHMsgHead &head) {
      return h1(socket, msg, head) || h2(socket, msg, head);
   };
}
template <class... H>
Handler Combine(const Handler &h0, const Handler &h1, const Handler &h2, const H &...rest)
{
   return Combine(Combine(h0, h1), h2, rest...);
}

#define CASE_ON_MSG_TYPE(MsgTag)                                                         \
   case kMsgType##MsgTag:                                                               \
      Dispatch<Msg##MsgTag>(                                                           \
          msg, head, [&](auto &body) { return center->MsgTag(head, body); }, replyer); \
      return true;

bool AddCenter(const std::string &id, const NodeCenter::Cleaner &cleaner)
auto MakeReplyer(ShmSocket &socket, BHMsgHead &head, Synced<NodeCenter> &center)
{
   auto center_ptr = std::make_shared<Synced<NodeCenter>>(id, cleaner, 5s, 10s);
   auto MakeReplyer = [](ShmSocket &socket, BHMsgHead &head, const std::string &proc_id) {
      return [&](auto &&rep_body) {
         auto reply_head(InitMsgHead(GetType(rep_body), proc_id, head.msg_id()));
         auto &remote = head.route(0).mq_id();
         socket.Send(remote.data(), reply_head, rep_body);
      };
   return [&](auto &&rep_body) {
      auto reply_head(InitMsgHead(GetType(rep_body), center->id(), head.ssn_id(), head.msg_id()));
      MQInfo remote = {head.route(0).mq_id(), head.route(0).abs_addr()};
      MsgI msg(socket.shm());
      if (msg.Make(reply_head, rep_body)) {
         DEFER1(msg.Release(););
         center->SendAllocMsg(socket, remote, msg);
      }
   };
}

bool AddCenter(std::shared_ptr<Synced<NodeCenter>> center_ptr, SharedMemory &shm, TcpProxy &tcp_proxy)
{
   // command
   auto OnCommand = [center_ptr](ShmSocket &socket, ShmMsgQueue::RawData &cmd) -> bool {
      auto &center = *center_ptr;
      return IsCmd(cmd) && center->OnCommand(socket, cmd);
   };

   // now we can talk.
   auto OnCenterIdle = [center_ptr](ShmSocket &socket) {
      auto &center = *center_ptr;
      auto onInit = [&](const int64_t request) {
         return center->OnNodeInit(socket, request);
      };
      BHCenterHandleInit(socket.shm(), onInit);
      center->OnTimer();
   };

   auto OnCenter = [=](ShmSocket &socket, MsgI &msg, BHMsgHead &head) -> bool {
   auto OnCenter = [=, &tcp_proxy](ShmSocket &socket, MsgI &msg, BHMsgHead &head) -> bool {
      auto &center = *center_ptr;
      auto replyer = MakeReplyer(socket, head, center->id());
      auto replyer = MakeReplyer(socket, head, center);

      if (!head.dest().ip().empty()) { // other host, proxy
         auto valid = [&]() { return head.route_size() == 1; };
         if (!valid()) { return false; }

         if (head.type() == kMsgTypeRequestTopic) {
            typedef MsgRequestTopicReply Reply;
            Reply reply;
            if (!center->CheckMsg(head, reply)) {
               replyer(reply);
            } else {
               auto onResult = [&center](BHMsgHead &head, std::string body_content) {
                  if (head.route_size() > 0) {
                     auto &back = head.route(head.route_size() - 1);
                     MQInfo dest = {back.mq_id(), back.abs_addr()};
                     head.mutable_route()->RemoveLast();
                     center->PassRemoteReplyToLocal(dest, head, std::move(body_content));
                  }
               };
               uint16_t port = head.dest().port();
               if (port == 0) {
                  port = kBHCenterPort;
               }
               if (!tcp_proxy.Request(head.dest().ip(), port, msg.content(), onResult)) {
                  replyer(MakeReply<Reply>(eError, "send request failed."));
               } else {
                  // success
               }
            }
            return true;
         } else {
            // ignore other msgs for now.
         }
         return false;
      }

      switch (head.type()) {
         CASE_ON_MSG_TYPE(ProcInit);
         CASE_ON_MSG_TYPE(Register);
         CASE_ON_MSG_TYPE(Heartbeat);
         CASE_ON_MSG_TYPE(Unregister);

         CASE_ON_MSG_TYPE(RegisterRPC);
         CASE_ON_MSG_TYPE(QueryTopic);
         CASE_ON_MSG_TYPE(QueryProc);
      default: return false;
      }
   };
   BHCenter::Install("@center.main", OnCenter, OnCommand, OnCenterIdle, BHTopicCenterAddress(shm), 1000);

   auto OnBusIdle = [=](ShmSocket &socket) {};
   auto OnPubSub = [=](ShmSocket &socket, MsgI &msg, BHMsgHead &head) -> bool {
   auto OnBusCmd = [=](ShmSocket &socket, ShmMsgQueue::RawData &val) { return false; };
   auto OnPubSub = [=, &tcp_proxy](ShmSocket &socket, MsgI &msg, BHMsgHead &head) -> bool {
      auto &center = *center_ptr;
      auto replyer = MakeReplyer(socket, head, center->id());
      auto replyer = MakeReplyer(socket, head, center);
      auto OnPublish = [&]() {
         MsgPublish pub;
         NodeCenter::Clients clients;
         MsgCommonReply reply;
         if (head.route_size() != 1 || !msg.ParseBody(pub)) {
            return;
         } else if (!center->FindClients(head, pub, clients, reply)) {
         if (head.route_size() == 1 && msg.ParseBody(pub)) {
            // replyer(center->Publish(head, pub.topic(), msg)); // dead lock?
            auto reply(center->Publish(head, pub.topic(), msg));
            replyer(reply);
         } else {
            replyer(MakeReply(eSuccess));
            if (!msg.EnableRefCount(socket.shm())) { return; } // no memory?
            if (clients.empty()) { return; }

            auto it = clients.begin();
            do {
               auto &cli = *it;
               auto node = cli.weak_node_.lock();
               if (node) {
                  // should also make sure that mq is not killed before msg expires.
                  // it would be ok if (kill_time - offline_time) is longer than expire time.
                  socket.Send(cli.mq_.data(), msg);
                  ++it;
               } else {
                  it = clients.erase(it);
               }
            } while (it != clients.end());
            auto hosts = center->FindRemoteSubClients(pub.topic());
            for (auto &host : hosts) {
               tcp_proxy.Publish(host, kBHCenterPort, msg.content());
            }
         }
      };
      switch (head.type()) {
@@ -484,8 +158,7 @@
      }
   };

   BHCenter::Install("#center.reg", OnCenter, OnCenterIdle, BHTopicCenterAddress(), 1000);
   BHCenter::Install("#center.bus", OnPubSub, OnBusIdle, BHTopicBusAddress(), 1000);
   BHCenter::Install("@center.bus", OnPubSub, OnBusCmd, OnBusIdle, BHTopicBusAddress(shm), 1000);

   return true;
}
@@ -494,58 +167,54 @@

} // namespace

SharedMemory &BHomeShm()
{
   static SharedMemory shm("bhome_default_shm_v0", 1024 * 1024 * 64);
   return shm;
}

BHCenter::CenterRecords &BHCenter::Centers()
{
   static CenterRecords rec;
   return rec;
}

bool BHCenter::Install(const std::string &name, MsgHandler handler, IdleHandler idle, const std::string &mqid, const int mq_len)
bool BHCenter::Install(const std::string &name, MsgHandler handler, RawHandler raw_handler, IdleHandler idle, const MQInfo &mq, const int mq_len)
{
   Centers()[name] = CenterInfo{name, handler, idle, mqid, mq_len};
   Centers()[name] = CenterInfo{name, handler, raw_handler, idle, mq, mq_len};
   return true;
}
bool BHCenter::Install(const std::string &name, MsgHandler handler, IdleHandler idle, const MQId &mqid, const int mq_len)
{
   return Install(name, handler, idle, std::string((const char *) &mqid, sizeof(mqid)), mq_len);
}

BHCenter::BHCenter(Socket::Shm &shm)
{
   auto gc = [&](const std::string &id) {
      auto r = ShmSocket::Remove(shm, *(MQId *) id.data());
      printf("remove mq : %s\n", r ? "ok" : "failed");
   };
   auto nsec = NodeTimeoutSec();
   auto center_ptr = std::make_shared<Synced<NodeCenter>>("@bhome_center", nsec, nsec * 3); // *3 to allow other clients to finish sending msgs.
   io_service_.reset(new IoService);
   tcp_proxy_.reset(new TcpProxy(io_service_->io()));

   AddCenter("#center", gc);
   AddCenter(center_ptr, shm, *tcp_proxy_);

   for (auto &kv : Centers()) {
      auto &info = kv.second;
      sockets_[info.name_] = std::make_shared<ShmSocket>(shm, *(MQId *) info.mqid_.data(), info.mq_len_);
      sockets_[info.name_] = std::make_shared<ShmSocket>(info.mq_.offset_, shm, info.mq_.id_);
   }

   topic_node_.reset(new CenterTopicNode(center_ptr, shm));
   tcp_server_.reset(new TcpServer(io_service_->io(), kBHCenterPort, center_ptr));
}

BHCenter::BHCenter() :
    BHCenter(BHomeShm()) {}
BHCenter::~BHCenter() { Stop(); }

bool BHCenter::Start()
{
   for (auto &kv : Centers()) {
      auto &info = kv.second;
      sockets_[info.name_]->Start(info.handler_, info.idle_);
      sockets_[info.name_]->Start(1, info.handler_, info.raw_handler_, info.idle_);
   }

   topic_node_->Start();
   return true;
}

bool BHCenter::Stop()
{
   tcp_proxy_.reset();
   tcp_server_.reset();
   io_service_.reset();
   topic_node_->Stop();
   for (auto &kv : sockets_) {
      kv.second->Stop();
   }