Elasticsearch Java API Client 在响应式 Reactor Netty 下 HTTP/2 连接复用失败？Reactor Netty Http2ConnectionProvider 与连接池
大家好，今天我们来深入探讨一个在使用 Elasticsearch Java API Client 结合响应式 Reactor Netty 环境下，经常遇到的问题：HTTP/2 连接复用失败。这个问题会导致性能下降，尤其是在高并发场景下，所以理解其背后的原因和解决方案至关重要。
问题背景：为什么我们需要关注连接复用？
在传统的 HTTP/1.1 协议中，每一个 HTTP 请求都需要建立一个新的 TCP 连接，完成请求后，连接通常会被关闭或者保持一段时间（Keep-Alive）。在高并发的场景下，频繁的 TCP 连接建立和关闭会消耗大量的系统资源，影响性能。
HTTP/2 协议的出现，通过二进制分帧、头部压缩和多路复用等技术，允许在一个 TCP 连接上并行发送多个请求和响应。这意味着，客户端可以同时发送多个请求，而无需为每个请求建立新的连接，从而显著提高性能和降低延迟。
Elasticsearch Java API Client 与 Reactor Netty
Elasticsearch Java API Client 提供了与 Elasticsearch 集群交互的 Java API。从 8.0 版本开始，官方推荐使用基于 Reactor Netty 的 HTTP 客户端，因为它提供了非阻塞的、响应式的 I/O 操作，可以更好地处理高并发的场景。
Reactor Netty 是一个基于 Netty 的响应式 HTTP 客户端和服务器框架。它提供了异步的、非阻塞的 I/O 操作，以及强大的连接池管理功能。
问题描述：HTTP/2 连接复用失败的现象
在使用 Elasticsearch Java API Client 结合 Reactor Netty 时，我们期望能够充分利用 HTTP/2 的连接复用特性，提高性能。然而，在实际应用中，有时会发现 HTTP/2 连接并没有被有效复用，导致性能并没有达到预期。具体的现象可能包括：
- 大量的 TCP 连接建立： 通过网络监控工具（如 tcpdump）可以看到，客户端与 Elasticsearch 集群之间建立了大量的 TCP 连接。
- 性能瓶颈： 应用的响应时间较长，尤其是在高并发的情况下。
- 日志中出现连接建立的信息： 在 Reactor Netty 的 debug 日志中，可以看到频繁的连接建立和关闭信息。
问题分析：连接复用失败的原因
HTTP/2 连接复用失败的原因有很多，下面我们列出一些常见的原因，并结合 Elasticsearch Java API Client 和 Reactor Netty 的使用场景进行分析：
-
协议协商失败： 客户端和服务器之间没有成功协商 HTTP/2 协议。
- 原因： 可能由于服务器不支持 HTTP/2，或者客户端的配置不正确。
- 解决方案： 确保 Elasticsearch 集群已经启用 HTTP/2，并且客户端的配置也正确。Elasticsearch 默认启用 HTTP/2，但需要检查
http.version配置项是否设置为http_1_1或http_2。
-
连接池配置不当： Reactor Netty 的连接池配置不合理，导致连接被频繁释放和重新建立。
- 原因： 连接池的最大连接数设置过小，或者连接的空闲超时时间设置过短。
- 解决方案： 调整 Reactor Netty 的连接池配置，增加最大连接数，延长空闲超时时间。
-
连接泄漏： 连接在使用完毕后没有被正确释放回连接池，导致连接池中的连接逐渐耗尽。
- 原因： 代码中可能存在连接泄漏的 bug，导致连接没有被正确关闭。
- 解决方案： 仔细检查代码，确保连接在使用完毕后被正确释放。使用 try-with-resources 语句可以有效地避免连接泄漏。
-
连接不匹配： 不同的请求需要不同的连接参数（例如，不同的认证信息），导致连接池中的连接无法被复用。
- 原因： Elasticsearch Java API Client 在某些情况下，可能会为不同的请求创建不同的 HTTP 客户端，导致连接池无法共享。
- 解决方案： 确保所有的请求都使用同一个 HTTP 客户端实例，并且连接参数保持一致。
- Server push: Elasticsearch 没有广泛使用 Server Push，所以这不太可能是连接复用失败的主要原因。
- 流控 (Flow Control) 问题： 双方的流控窗口设置不合理，可能导致连接被阻塞，影响连接的复用效率。虽然可能性较小，但仍需考虑。
- 代理服务器 (Proxy): 如果客户端通过代理服务器连接 Elasticsearch 集群，代理服务器可能不支持 HTTP/2，或者代理服务器的配置不正确，导致 HTTP/2 连接无法建立。
代码示例和配置说明
下面我们通过代码示例和配置说明，来演示如何解决 HTTP/2 连接复用失败的问题。
1. 检查 Elasticsearch 集群的 HTTP/2 配置
确保 Elasticsearch 集群已经启用 HTTP/2。可以通过以下命令检查配置：
GET /_cluster/settings?include_defaults=true在返回的结果中，查找 http.version 配置项。如果该配置项的值为 http_1_1，则需要将其修改为 http_2。可以通过以下命令修改配置：
PUT /_cluster/settings
{
"persistent": {
"http.version": "http_2"
}
}2. 配置 Reactor Netty 连接池
可以通过 ElasticsearchClient 的构建器来配置 Reactor Netty 的连接池。
import org.elasticsearch.client.RestClient;
import org.elasticsearch.client.RestClientBuilder;
import org.springframework.http.client.reactive.ReactorClientHttpConnector;
import reactor.netty.http.client.HttpClient;
public class ElasticsearchClientConfig {
public static RestClient createRestClient() {
HttpClient httpClient = HttpClient.create()
.option(ChannelOption.CONNECT_TIMEOUT_MILLIS, 5000)
.responseTimeout(Duration.ofSeconds(30))
.doOnConnected(connection ->
connection.addHandlerLast(new ReadTimeoutHandler(10, TimeUnit.SECONDS))
.addHandlerLast(new WriteTimeoutHandler(10, TimeUnit.SECONDS)))
.pool(pool -> pool
.type(FixedChannelPool.PoolType.FIXED)
.maxConnections(200) // 调整最大连接数
.pendingAcquireMaxCount(-1) // Allow unlimited pending acquires
.acquireTimeout(Duration.ofSeconds(60))); // Increase acquire timeout
ReactorClientHttpConnector connector = new ReactorClientHttpConnector(httpClient);
RestClientBuilder builder = RestClient.builder(
new HttpHost("localhost", 9200, "http"))
.setHttpClientConfigCallback(httpClientBuilder -> httpClientBuilder.setHttpAsyncClientFactory(
new HttpAsyncClientFactory(connector)));
return builder.build();
}
static class HttpAsyncClientFactory implements HttpAsyncClientFactory {
private final ReactorClientHttpConnector connector;
public HttpAsyncClientFactory(ReactorClientHttpConnector connector) {
this.connector = connector;
}
@Override
public HttpAsyncClient build(HttpRoute route, RequestConfig config) {
return new ReactorHttpAsyncClient(connector);
}
}
static class ReactorHttpAsyncClient extends AbstractHttpAsyncClient {
private final ReactorClientHttpConnector connector;
public ReactorHttpAsyncClient(ReactorClientHttpConnector connector) {
this.connector = connector;
}
@Override
protected <T> Future<T> execute(
HttpRoute route,
HttpRequestWrapper request,
HttpContext context,
FutureCallback<T> callback,
ResponseDecoder<T> decoder) {
try {
ClientRequest reactorRequest = ClientRequest.create(HttpMethod.valueOf(request.getMethod()), request.getURI().toString())
.headers(headers -> {
for (Header header : request.getAllHeaders()) {
headers.add(header.getName(), header.getValue());
}
})
.body(BodyInserters.fromDataBuffers(Flux.just(Unpooled.wrappedBuffer(EntityUtils.toByteArray(request.getEntity())))));
Mono<ClientResponse> responseMono = connector.connect(reactorRequest.url(), reactorRequest.method(), clientRequest -> {
clientRequest.headers(reactorRequest.headers());
return clientRequest.body(reactorRequest.body());
}).next();
responseMono.subscribe(response -> {
try {
HttpResponse httpResponse = new BasicHttpResponse(new BasicStatusLine(
new ProtocolVersion("HTTP", 1, 1),
response.rawStatusCode(),
response.statusCode().getReasonPhrase()
));
response.headers().forEach(header -> httpResponse.addHeader(header.getKey(), header.getValue()));
response.bodyToMono(DataBuffer.class)
.map(dataBuffer -> {
try {
byte[] bytes = new byte[dataBuffer.readableByteCount()];
dataBuffer.read(bytes);
return bytes;
} finally {
DataBufferUtils.release(dataBuffer);
}
})
.defaultIfEmpty(new byte[0])
.subscribe(bytes -> {
try {
HttpEntity entity = new ByteArrayEntity(bytes);
T decodedResponse = decoder.decode(httpResponse, entity);
callback.completed(decodedResponse);
} catch (Exception e) {
callback.failed(e);
}
}, error -> callback.failed(error));
} catch (Exception e) {
callback.failed(e);
}
}, error -> callback.failed(error));
return new Future<T>() {
@Override
public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
return false;
}
@Override
public boolean isCancelled() {
return false;
}
@Override
public boolean isDone() {
return false;
}
@Override
public T get() throws InterruptedException, ExecutionException {
return null;
}
@Override
public T get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
return null;
}
};
} catch (Exception e) {
callback.failed(e);
return null;
}
}
@Override
public boolean isRunning() {
return true;
}
@Override
public void start() {
}
@Override
public void close() throws IOException {
}
}
}配置参数说明:
| 配置项 | 说明 |
|---|---|
maxConnections |
连接池的最大连接数。根据实际的并发量和系统资源进行调整。如果并发量很高，可以适当增加最大连接数。 |
pendingAcquireMaxCount |
允许等待获取连接的最大请求数。-1 表示无限制。 |
acquireTimeout |
获取连接的超时时间。如果超过该时间仍然无法获取连接，则会抛出异常。可以适当增加超时时间，避免在高并发的情况下出现连接获取失败的情况。 |
3. 确保所有的请求都使用同一个 HTTP 客户端实例
在应用程序中，应该只创建一个 RestClient 实例，并将其注入到需要使用 Elasticsearch 的组件中。避免为每个请求都创建一个新的 RestClient 实例，这样可以确保所有的请求都使用同一个连接池，从而提高连接复用率。
@Service
public class ElasticsearchService {
private final RestClient restClient;
@Autowired
public ElasticsearchService(RestClient restClient) {
this.restClient = restClient;
}
public String search(String index, String query) throws IOException {
// 使用 restClient 执行搜索操作
Request request = new Request("GET", "/" + index + "/_search");
request.setJsonEntity("{"query": {"match": {"content": "" + query + ""}}}");
Response response = restClient.performRequest(request);
return EntityUtils.toString(response.getEntity());
}
}4. 监控 Reactor Netty 的连接池状态
可以通过 Reactor Netty 提供的 Metrics API 来监控连接池的状态。需要在应用程序中启用 Metrics，并使用监控工具（如 Prometheus）来收集和展示 Metrics 数据。
import io.micrometer.core.instrument.MeterRegistry;
import reactor.netty.http.client.HttpClient;
import reactor.netty.resources.ConnectionProvider;
public class MetricsConfig {
public static ConnectionProvider createConnectionProvider(MeterRegistry meterRegistry) {
return ConnectionProvider.builder("elasticsearch-connection-pool")
.metrics(true, meterRegistry)
.maxConnections(200)
.pendingAcquireMaxCount(-1)
.acquireTimeout(Duration.ofSeconds(60))
.build();
}
public static HttpClient createHttpClient(ConnectionProvider connectionProvider) {
return HttpClient.create(connectionProvider)
.option(ChannelOption.CONNECT_TIMEOUT_MILLIS, 5000)
.responseTimeout(Duration.ofSeconds(30))
.doOnConnected(connection ->
connection.addHandlerLast(new ReadTimeoutHandler(10, TimeUnit.SECONDS))
.addHandlerLast(new WriteTimeoutHandler(10, TimeUnit.SECONDS)));
}
}5. 开启 Reactor Netty 的 DEBUG 日志
通过开启 Reactor Netty 的 DEBUG 日志，可以查看连接建立和关闭的详细信息，有助于分析连接复用失败的原因。
在 logback.xml 或 log4j2.xml 中配置 Reactor Netty 的日志级别为 DEBUG：
<logger name="reactor.netty" level="DEBUG"/>6. 确保没有连接泄露
检查代码，确保每次使用完连接后都正确释放。在使用 RestClient 的 performRequest 方法时，务必确保 Response 对象被正确关闭，释放底层的连接。可以使用 try-with-resources 语句来自动关闭 Response 对象：
try (Response response = restClient.performRequest(request)) {
// 处理 response
String responseBody = EntityUtils.toString(response.getEntity());
// ...
} catch (IOException e) {
// 处理异常
e.printStackTrace();
}总结：通过配置和代码检查优化HTTP/2连接复用
总而言之，Elasticsearch Java API Client 在响应式 Reactor Netty 环境下 HTTP/2 连接复用失败是一个复杂的问题，需要从多个方面进行分析和解决。通过检查 Elasticsearch 集群的 HTTP/2 配置、合理配置 Reactor Netty 的连接池、确保所有的请求都使用同一个 HTTP 客户端实例、监控 Reactor Netty 的连接池状态、开启 Reactor Netty 的 DEBUG 日志以及确保没有连接泄露，可以有效地提高 HTTP/2 连接的复用率，从而提高应用程序的性能。在排查此类问题时，需要结合实际情况，逐一排除可能的原因，最终找到问题的根源并解决。
一些有用的排查思路：
- 抓包分析： 使用 Wireshark 或 tcpdump 等工具抓包分析，观察客户端和服务器之间的 TCP 连接建立和关闭情况，以及 HTTP/2 协议的协商过程。
- 压力测试： 使用 JMeter 或 Gatling 等工具进行压力测试，模拟高并发的场景，观察应用程序的性能表现，并分析瓶颈所在。
- 逐步排除： 逐步排除可能的原因，例如，先检查 Elasticsearch 集群的 HTTP/2 配置，然后调整 Reactor Netty 的连接池配置，最后检查代码中是否存在连接泄露的 bug。
- 查看文档： 仔细阅读 Elasticsearch Java API Client 和 Reactor Netty 的官方文档，了解相关的配置和使用方法。
最后的建议：
- 建议使用最新版本的 Elasticsearch Java API Client 和 Reactor Netty，因为新版本通常会修复一些 bug 并提供更好的性能。
- 建议在开发环境中进行充分的测试，并使用监控工具来实时监控应用程序的性能表现。
- 建议定期审查代码，确保没有连接泄露的 bug。
简要回顾：排查和解决连接复用问题
我们探讨了 Elasticsearch Java API Client 结合 Reactor Netty 时 HTTP/2 连接复用失败的原因和解决方案，重点在于配置 Reactor Netty 的连接池，确保请求使用同一客户端实例，以及排查连接泄露。
希望以上内容能够帮助大家解决在使用 Elasticsearch Java API Client 结合响应式 Reactor Netty 环境下遇到的 HTTP/2 连接复用问题。谢谢大家！