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本文轉載自微信公眾號「KK架構師」，作者wangkai。轉載本文請聯系KK架構師公眾號。

一、分布式系統中的心跳技術

心跳是分布式技術中常用的技術手段。心跳，顧名思義，就是以固定的頻率向其他節點匯報當前節點狀態的方式。收到心跳，一般可以認為發送心跳的這個節點在當前的網絡拓撲中是良好的。

當然，心跳匯報時，一般也會攜帶一些附加的狀態、元數據信息、當前節點的信息，以便其他節點管理。

心跳有兩種方式：

• 單向的 heartbeat;
• 交互的 ping-pong;

第一種方式下，target 進程需要定時給 detector 發送消息，告知自己的存活性。而 detector 無需給 target 回復任何消息，只是每隔一段時間去檢測 target 進程有沒有匯報。

第二種方式更為常見，比如我們的 redis 就是采用這種方式：

detector -> target: Are you ok? 
target -> detector: Yeah, pretty good. 

Detector 發起檢測，如果 target 連續 N 次不回復消息，那么 detector 就認為其處于 non-active 狀態。

那么常用的心跳檢測機制有哪些：

(1)傳統的周期檢測心跳機制

其檢測方法很粗暴：設定一個超時時間 T，只要在 T 之內沒有收到對方的心跳包便可認為對方宕機，方法簡單有效，使用比較廣泛。

所以這個方法的重點就在于這個超時時間 T 的設置，設置的太短了，有可能會因為當前網絡阻塞導致誤判，讓這個節點下線，產生其他不必要的后果;設置的太長，會導致判斷“遲緩”，所以需要綜合各種情況來權衡和設定。

HDFS 就是使用的這種心跳機制。

(2)累積失效檢測機制

隨著網路負載的加大，Server 心跳的接收時間可能會大于上限值 T;但當網絡壓力減少時，心跳接收時間又會小于 T ，如果用一成不變的T 來反映心跳狀況，則會造成判斷”遲緩“或誤判。這個時候我們可以計算心跳延遲的概率，用這個概率來判斷是否發生故障，提高準確性。

二、DataNode 是如何向 NameNode 發送心跳的

我們從 hadoop 源碼看 DataNode 是如何發送心跳的

1、從 DataNode 類的 main 方法開始

 

2、創建 DataNode

 

3、實例化 DataNode

 

4、創建實例

 

5、 new 了 DataNode

 

6、 這個方法構造函數有點長，拉到最下面

 

7、然后來到這個方法里

這個方法表面看起來是刷新 NameNode，實際上里面做了兩件事情，把自己注冊到 NameNode 上，另外一件事情是向 NameNode 定時發送心跳。

 

8、點進去，現在是在 BlockPoolManager 里面

 

9、再來到這個方法里

 

10、發現它在遍歷這個 BPOfferService

 

這里大致說明一下 offerServices 是個什么數據結構。

用一張圖來表示吧

 

那個 offerServices 其實裝的就是最左邊的 BPOfferService。

每個 BPOfferService 里面有兩個 BpServiceActor，每個 BpServiceActor 對應一個 NameNode。

如果是上圖中的高可用，那么一主一備兩個 NameNode，分別對應一個 BpServiceActor。

所以遍歷 offerService 其實就是在遍歷整個集群每個聯邦的每個 NameNode 節點。

11、開始遍歷(當前類：BpOfferService)

 

12、線程 start(當前類：BPServiceActor)

 

再點進去已經是 Thread 的方法了，可見它其實是個線程。

那我們應該看這個類的 run 方法。

13、線程的運行內容

run 方法的上半部分是往 NameNode 注冊，下半部分是發送心跳

 

14、發送心跳

 

可以看到這是一個 while 循環，每隔一段時間(dnConf.heartBeatInterval = 3秒)就會執行一次

可以看到 DataNode 的心跳就是采用了周期性檢測機制，每隔 3 s ，往所有的 NameNode 發送心跳。

15、再點進去，已經是 NameNode 的 proxy 代理方法了。

 

因為它是靠 rpc 通信的，此時 DataNode 是客戶端，NameNode 是服務端。

這個時候，我們應該看 NameNodeRpcServer 方法，具體的實現是在這個方法里的。

16、看服務端的處理，此時我們在 NameNodeRpcServer 類中

 

這個方法里的具體就不看了，(其實也很重要的的)。

大致就是把 DataNode 心跳包的基本信息(比如本節點的存儲容量信息等)更新到 NameNode 對應的結構中。

并且更新上一次心跳時間，以便下次判斷 DataNode 是否心跳超時。

其實心跳就是這么樸素了。

最后，NameNode 會在心跳的響應中，告訴 DataNode 應該做些什么事情，比如把本節點的 Block 備份到其他節點上去。

也就是說，NameNode 本身不會和 DataNode 通信，而是在心跳信息中告訴 DataNode 該做什么。

三、小結

本次通過瀏覽 DataNode 代碼了，知道了其實 DataNode 的心跳，就是DataNode 在后臺啟動了線程，定時向整個集群所有的 NameNode 發送心跳信息，NameNode 會在心跳響應信息中告訴 DataNode 本次該做些什么事情。