Hadoop源代码分析（三八）

常青树

　　我们可以开始从系统的外部来了解HDFS了，DFSClient提供了连接到HDFS系统并执行文件操作的基本功能。DFSClient也是个大家伙，我们先分析它的一些内部类。我们先看LeaseChecker。租约是客户端对文件写操作时需要获取的一个凭证，前面分析NameNode时，已经了解了租约，INodeFileUnderConstruction的关系，INodeFileUnderConstruction只有在文件写的时候存在。客户端的租约管理很简单，包括了增加的put和删除的remove方法，run方法会定期执行，并通过ClientProtocl的renewLease，自动延长租约。

　　接下来我们来分析内部为文件读引入的类。
　　


　　InputStream是系统的虚类，提供了3个read方法，一个skip（跳过数据）方法，一个available方法（目前流中可读的字节数），一个close方法和几个在输入流中做标记的方法（mark：标记，reset：回到标记点和markSupported：能力查询）。
　　FSInputStream也是一个虚类，它将接口Seekable和PositionedReadable混插到类中。Seekable提供了可以在流中定位的能力（seek，getPos和seekToNewSource），而PositionedReadable提高了从某个位置开始读的方法（一个read方法和两个readFully方法）。
　　FSInputChecker在FSInputStream的基础上，加入了HDFS中需要的校验功能。校验在readChecksumChunk中实现，并在内部的read1方法中调用。所有的read调用，最终都是使用read1读数据并做校验。如果校验出错，抛出异常ChecksumException。
　　有了支持校验功能的输入流，就可以开始构建基于Block的输入流了。我们先回顾前面提到的读数据块的请求协议：
　　

　　然后我们来分析一下创建BlockReader需要的参数，newBlockReader最复杂的请求如下：

   public static BlockReader newBlockReader( Socket sock, String file,

                                       long blockId,

                                       long genStamp,

                                       long startOffset, long len,

                                       int bufferSize, boolean verifyChecksum,

                                       String clientName)

                                       throws IOException

　　其中，sock为到DataNode的socket连接，file是文件名（只是用于日志输出），其它的参数含义都很清楚，和协议基本是一一对应的。该方法会和DataNode进行对话，发送上面的读数据块的请求，处理应答并构造BlockReader对象（BlockReader的构造函数基本上只有赋值操作）。
　　BlockReader的readChunk用于处理DataNode送过来的数据，格式前面我们已经讨论过了，如下图。
　　

　　读数据用的read，会调用父类FSInputChecker的read，最后调用readChunk，如下：
　　


　　read如果发现读到正确的校验码，则用过checksumOk方法，向DataNode发送成功应达。
　　BlockReader的主要流程就介绍完了，接下来分析DFSInputStream，它封装了DFSClient读文件内容的功能。在它的内部，不但要处理和NameNode的通信，同时通过BlockReader，处理和DataNode的交互。

DFSInputStream记录Block的成员变量是：

　　    private LocatedBlocks locatedBlocks = null;
　　它不但保持了文件对应的Block序列，还保持了管理Block的DataNode的信息，是DFSInputStream中最重要的成员变量。DFSInputStream的构造函数，通过类内部的openInfo方法，获取这个变量的值。openInfo间接调用了NameNode的getBlockLocations，获取LocatedBlocks。
　　DFSInputStream中处理数据块位置的还有下面一些函数：
　　    synchronized List<LocatedBlock> getAllBlocks() throws IOException
　　    private LocatedBlock getBlockAt(long offset) throws IOException

    private synchronized List<LocatedBlock> getBlockRange(long offset,

                                                          long length)

　　    private synchronized DatanodeInfo blockSeekTo(long target) throws IOException
　　它们的功能都很清楚，需要注意的是他们处理过程中可能会调用再次调用NameNode的getBlockLocations，使得流程比较复杂。blockSeekTo还会创建对应的BlockReader对象，它被几个重要的方法调用（如下图）。在打开到DataNode之前，blockSeekTo会调用chooseDataNode，选择一个现在活着的DataNode。
　　


　　通过上面的分析，我们已经知道了在什么时候会连接NameNode，什么时候会打开到DataNode的连接。下面我们来看读数据。read方法定义如下：
　　    public int read(long position, byte[] buffer, int offset, int length)
　　该方法会从流的position位置开始，读取最多length个byte到buffer中offset开始的空间中。参数检测完以后，通过getBlockRange获取要读取的数据块对应的block范围，然后，利用fetchBlockByteRange方法，读取需要的数据。
　　fetchBlockByteRange从某一个数据块中读取一段数据，定义如下：

    private void fetchBlockByteRange(LocatedBlock block, long start,

                                     long end, byte[] buf, int offset)

　　由于读取的内容都在一个数据块内部，这个方法会创建BlockReader，然后利用BlockReader的readAll方法，读取数据。读的过程中如果发生校验错，那么，还会通过reportBadBlocks，向NameNode报告校验错。
　　另一个读方法是：
　　    public synchronized int read(byte buf[], int off, int len) throws IOException
　　它在流的当前位置（可以通过seek方法调整）读取数据。首先它会判断当前流的位置，如果已经越过了对象现在的blockReader能读取的范围（当上次read读到数据块的尾部时，会发生这中情况），那么通过blockSeekTo打开到下一个数据块的blockReader。然后，read在当前的这个数据块中通过readBuffer读数据。主要，这个read方法只在一块数据块中读取数据，就是说，如果还有空间可以存放数据但已经到了数据块的尾部，它不会打开到下一个数据块的BlockReader继续读，而是返回，返回值包含了以读取数据的长度。
　　　　DFSDataInputStream是一个Wrapper(DFSInputStream)，我们就不讨论了。