CN114363357A - 一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法,涉及分布式通信技术领域；定义分布式数据库网络连接相关的广播消息的内容及格式，基于Gossip协议根据所述广播消息的内容及格式进行分布式数据库节点的数据同步，根据数据同步情况收集分布式数据库节点的连接信息和连接状态数据，根据广播消息在分布式数据库节点间的数据同步情况进行分布式数据库网络的分区检查，并针对网络分区进行自动重连，同时定期选择分布式数据库节点新建连接并限制分布式数据库节点连接个数实现连接负载均衡。
Description
技术领域
本发明公开一种方法,涉及分布式通信技术领域，具体地说是一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法。
背景技术
采用Gossip协议的分布式数据库集群，节点之间可以自由组网，但在节点宕机重启或有新节点加入时，网络连接状态也随之发生更多变化，增加了实时掌握网络连接情况难度，同时自由组网也带来无法保证节点连接均衡和网络扁平化的问题，并且松散的组网结构导致消息延迟增多，无法充分利用网络带宽。
发明内容
本发明针对现有技术的问题，提供一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法，在Gossip基础上分布式数据库集群实现连接管理、消息管理和网络规划。
本发明提出的具体方案是：
一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法，定义分布式数据库网络连接相关的广播消息的内容及格式，基于Gossip协议根据所述广播消息的内容及格式进行分布式数据库节点的数据同步，
根据数据同步情况收集分布式数据库节点的连接信息和连接状态数据，
根据广播消息在分布式数据库节点间的数据同步情况进行分布式数据库网络的分区检查，并针对网络分区进行自动重连，同时定期选择分布式数据库节点新建连接并限制分布式数据库节点连接个数实现连接负载均衡。
优选地，所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法中所述定义分布式数据库网络连接相关的广播消息的内容及格式，包括：
定义三种广播消息，分别是node消息、cluster-id消息和clients-conn消息，其中所述node消息记录分布式数据库节点id和节点地址，所述cluster-id消息携带分布式数据库节点在分布式数据库集群中的标识ID和消息过期时间，所述clients-conn消息记录分布式数据库节点连接状态数据和跳数。
优选地，所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法中所述根据数据同步情况收集分布式数据库节点的连接信息和连接状态数据，包括：
通过节点连接状态表根据node消息、cluster-id消息及clients-conn消息记录分布式数据库节点的连接信息和连接状态数据。
优选地，所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法中所述所述基于Gossip协议根据所述广播消息的内容及格式进行分布式数据库节点的数据同步，包括：
通过消息时间记录表进行分布式数据库节点的数据同步，每次发送广播消息时，更新消息发送时间表中对应的分布式数据库节点的最新时间，下次发送广播消息给对应分布式数据库节点之前检查时间，避免重复发送。
优选地，所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法中所述根据广播消息在分布式数据库节点间的数据同步情况进行分布式数据库网络的分区检查，包括：
根据cluster-id消息携带的消息过期时间判断分布式数据库节点间cluster-id消息是否过期，若cluster-id消息过期，则标记分布式数据库节点为下线状态，分布式数据库网络出现网络分区。
优选地，所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法中所述限制分布式数据库节点连接个数，包括：
规定分布式数据库节点的连接数上限，当达到所述分布式数据库节点的连接数上限时不接收新建连接请求，当未达到所述分布式数据库节点的连接数上限时，能够连接所述分布式数据库节点。
优选地，所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法中所述定期选择分布式数据库节点新建连接，包括：
通过遍历节点连接状态表，获取各分布式数据库节点的跳数和连接数，通过所述跳数和连接数计算分布式数据库节点的分数，选择分数最高的分布式数据库节点进行连接。
优选地，所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法中所述计算分布式数据库节点的分数，包括：
所述分布式数据库节点的连接数达到连接数上限，则所述分数为0；
所述分布式数据库节点的连接数未达到连接数上限，则利用如下公式：
计算所述分数，其中maxconn为所述分布式数据库节点的连接数上限，conni为所述分布式数据库节点当前连接数，hopsi是到达所述分布式数据库节点经过的跳数，N是集群总节点数。
一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理系统，包括消息管理单元、连接管理单元及网络规划单元，
消息管理单元定义分布式数据库网络连接相关的广播消息的内容及格式，基于Gossip协议根据所述广播消息的内容及格式进行分布式数据库节点的数据同步，
连接管理单元根据数据同步情况收集分布式数据库节点的连接信息和连接状态数据，
网络规划单元根据广播消息在分布式数据库节点间的数据同步情况进行分布式数据库网络的分区检查，并针对网络分区进行自动重连，同时定期选择分布式数据库节点新建连接并限制分布式数据库节点连接个数实现连接负载均衡。
一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理装置，包括：至少一个存储器和至少一个处理器；
所述至少一个存储器，用于存储机器可读程序；
所述至少一个处理器，用于调用所述机器可读程序，执行所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法。
本发明的有益之处是：
本发明提供一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法，有效地维护Gossip网络下的网络连接，与现有技术相比有益效果是：
通过Gossip协议传递节点连接信息，加快连接管理相关消息同步；
通过记录节点连接状态，用户可实时了解集群连接状况；
通过进行分布式数据库网络的分区检查，并针对网络分区进行自动重连，降低网络异常影响，同时定期选择分布式数据库节点新建连接并限制分布式数据库节点连接个数实现连接负载均衡，并利用定期网络收敛机制可以使网络更趋扁平化，减少消息延迟。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明系统的各主要单元关系示意图。
图2是本发明消息管理单元示意图。
图3是是本发明方法应用中节点连接示意图。
具体实施方式
Gossip协议一般称作“流言算法”、“疫情传播算法”。特点是Gossip网络中节点之间是对等的，没有中心节点，允许节点的任意增加和减少，具有可扩展性。Gossip网络下的消息传递速度是指数级的，但由于采用弱一致性原则，同一时间各节点的信息可能存在差异，但随着时间推移，最终某一时刻全网信息会达成一致。
分布式数据库通常将数据组织成有序的key-value对结构，并对key空间分段，每一段称作一个范围Range，为容灾和支持高可用，一般对每个Range配置多个副本，并选择其中一个作为主副本提交指令，主副本也被称为leader副本，需要与各从副本保持数据同步。
分布式数据库集群在网络异常情况下，如延迟、丢包或其他原因的网络中断，容易出现只有部分节点通信正常，而其他节点无法通信的情况，此现象称为网络分区或脑裂。网络分区可能会对数据一致性产生影响。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明提供一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法，定义分布式数据库网络连接相关的广播消息的内容及格式，基于Gossip协议根据所述广播消息的内容及格式进行分布式数据库节点的数据同步，
根据数据同步情况收集分布式数据库节点的连接信息和连接状态数据，
根据广播消息在分布式数据库节点间的数据同步情况进行分布式数据库网络的分区检查，并针对网络分区进行自动重连，同时定期选择分布式数据库节点新建连接并限制分布式数据库节点连接个数实现连接负载均衡。
本发明通过自定义消息管理网络，收集和维护集群连接信息，通过网络规划在节点组网时，均衡各节点连接数，平衡节点网络压力，并能结合节点连接数和消息跳数定期选择目标节点组建连接，减少中间节点带来的消息延迟。
具体应用中，在本发明的一些实施例中进行分布式数据库网络连接管理时，进行消息管理，定义连接管理相关的广播消息的内容及格式，消息管理记录和维护本节点生成的以及其他节点转发的消息，并通过Gossip单元转发消息到其他节点进行数据同步，
通过连接管理，收集分布式数据库节点的连接信息和连接状态数据，记录节点连接状态，维护节点连接状态表，为网络规划和连接状态检查提供数据来源，
进行网络规划时，通过限制节点连接个数实现连接负载均衡，定期选择节点新建连接实现网络收敛，减少消息传播的中间节点，从而减少消息延迟，同时实时检查网络分区情况，实现分区后自动重连。
基于上述实施过程，进一步的，在本发明方法的一些实施例中，进行消息管理，定义连接管理相关的广播消息格式，实现本地消息和其他节点消息的记录，通过Gossip单元接收和发送节点消息。
其中进行消息管理时定义三个广播消息node、cluster-id和clients-conn，用于各节点之间同步连接管理相关数据，消息采用key-value形式。
node消息value部分记录节点id和节点地址。节点id可按照节点启动顺序从1开始分配，节点地址即节点对外通信地址，node消息为连接管理提供地址信息。节点加入集群成功后对外发送一次node消息，同时所有节点按一定时间隔对外定时发送node消息。
cluster-id消息中value部分携带UUID字符串作为集群标识ID，一经设置不能更改，可通过cluster-id消息识别集群和网络分区诊断。cluster-id消息由第一个range主副本节点，一般是第一个启动的节点)以固定时间间隔对外广播，其他节点加入集群时只有接收到cluster-id消息才能确定加入成功。如果节点不是第一次加入，如宕机重启，可通过对比接收的cluster-id和本地cluster-id是否一致来判断加入集群是否正确。并且cluster-id消息中携带消息过期时间，各节点通过过期时间判断cluster-id消息是否过期。如果接收超时，则认为可能出现网络分区，将尝试发起重连。如重连次数达到上限仍未接收cluster-id消息，则分区无法恢复，标记节点为下线状态。
clients-conn消息中记录节点连接状态和跳数，为连接管理提供连接信息。因Gossip协议实现消息广播，节点既是client也是server，支持消息双向发送，每条连接用client节点id和server节点id表示。消息每经过一个节点，跳数加1。所有节点都对外定时发送clients-conn消息，发送间隔可为2秒。
进行消息管理时，可进一步将上述三种消息维护在节点消息发送时间表中，并在发送消息时，在节点消息发送时间表中更新对应节点的最新时间，下次发送消息给对应节点之前检查时间，避免发送旧数据。
基于上述消息管理过程，本发明方法的一些实施例中进行连接管理时，利用节点连接状态表进行节点连接状态和连接信息管理，其中表中记录各节点id、地址、跳数以及连接关系，节点id和节点地址来源于node消息，跳数和连接关系来源于clients-conn消息，一条连接状态包括Gossip连接的client节点id和server节点id，跳数通过clients-conn消息的hops得到，消息每经过一个节点，hops值加1。如附图3中，n1发送的clients-conn到达nx需要经过3个节点，则nx节点收到的clients-conn消息hops值为3。通过该表可实时了解各节点地址和集群连接情况。表中数据为网络规划提供数据来源，也可利用数据绘制可视化连接拓扑图。
基于上述实施例，在本发明方法的另一些实施例中，进行网络规划时，实现各节点连接负载均衡，规定各节点的连接数上限，如果节点最大连接数已满且又继续收到连接请求，将拒绝再建连接，同时选择其他节点的地址返回给请求端，节点地址可从节点连接状态表中选取，需要满足连接数未达到上限的条件，参考附图1和3中示例，节点连接数上限为3，如果n1收到建连请求，因连接数已达到上限，将拒绝建连并返回其他节点地址。
定期收敛网络，定期检查节点连接数是否已满，如未满则从节点连接表中选择一个节点发起连接，节点选择过程是如下：
首先，遍历节点连接状态表，获取各节点的跳数和连接数，连接数可通过计算表中的连接个数获得。
计算节点分数，计算过程：
目标节点连接数达到上限，分数为0，
ScoreNi＝0
目标节点连接数未达到上限，
其中，maxconn为节点连接数上限，conni为目标节点当前连接数，hopsi是到达目标节点经过的跳数，N是集群总节点数。
选择分数最高的节点发送连接请求。
经过以上选择，如果选择节点过程中发现本节点外其他节点分数都为0，则说明网络已经收敛，无需继续建连。参考附图3示例，在执行一次网络收敛过程中，nn节点因未达到连接数上限，经过以上节点选择流程，选择ny执行建连，建连成功后nn和ny之间传递消息可减少多个中间节点。
定期执行分区检查，实时检查cluster-id消息，如发现cluster-id消息携带的过期时间小于当前时间，表明接收的cluster-id消息已过期，可能出现网络分区，将根据网络收敛时节点选择机制选择节点发起重连，直到收到有效期内的cluster-id消息。如果重连次数达到上限仍未正常接收cluster-id消息，分区可能无法恢复，标记节点为下线状态。
本发明方法对Gossip无中心网络下的连接实施有效的管理，使节点按照一定的规则组网，通过连接数限制均衡各个节点网络压力，通过定期收敛网络，减少集群中消息延迟，避免网络无序扩张。同时利用分区检查和自动重连解决网络分区问题。
同时本发明提供一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理系统，包括消息管理单元、连接管理单元及网络规划单元，
消息管理单元定义分布式数据库网络连接相关的广播消息的内容及格式，基于Gossip协议根据所述广播消息的内容及格式进行分布式数据库节点的数据同步，
连接管理单元根据数据同步情况收集分布式数据库节点的连接信息和连接状态数据，
网络规划单元根据广播消息在分布式数据库节点间的数据同步情况进行分布式数据库网络的分区检查，并针对网络分区进行自动重连，同时定期选择分布式数据库节点新建连接并限制分布式数据库节点连接个数实现连接负载均衡。
上述系统内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
同样地，本发明系统可以有效地维护Gossip网络下的网络连接，与现有技术相比有益效果是：通过Gossip协议传递节点连接信息，加快连接管理相关消息同步；通过记录节点连接状态，用户可实时了解集群连接状况；通过进行分布式数据库网络的分区检查，并针对网络分区进行自动重连，降低网络异常影响，同时定期选择分布式数据库节点新建连接并限制分布式数据库节点连接个数实现连接负载均衡，并利用定期网络收敛机制可以使网络更趋扁平化，减少消息延迟。
以及本发明还提供一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理装置，包括：至少一个存储器和至少一个处理器；
所述至少一个存储器，用于存储机器可读程序；
所述至少一个处理器，用于调用所述机器可读程序，执行所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法。
上述装置内的处理器的信息交互、执行可读程序过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
同样地，本发明装置可以有效地维护Gossip网络下的网络连接，与现有技术相比有益效果是：通过Gossip协议传递节点连接信息，加快连接管理相关消息同步；通过记录节点连接状态，用户可实时了解集群连接状况；通过进行分布式数据库网络的分区检查，并针对网络分区进行自动重连，降低网络异常影响，同时定期选择分布式数据库节点新建连接并限制分布式数据库节点连接个数实现连接负载均衡，并利用定期网络收敛机制可以使网络更趋扁平化，减少消息延迟。
需要说明的是，上述各流程和各系统结构中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法，其特征是定义分布式数据库网络连接相关的广播消息的内容及格式，基于Gossip协议根据所述广播消息的内容及格式进行分布式数据库节点的数据同步，
根据数据同步情况收集分布式数据库节点的连接信息和连接状态数据，
根据广播消息在分布式数据库节点间的数据同步情况进行分布式数据库网络的分区检查，并针对网络分区进行自动重连，同时定期选择分布式数据库节点新建连接并限制分布式数据库节点连接个数实现连接负载均衡。
2.根据权利要求1所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法，其特征是所述定义分布式数据库网络连接相关的广播消息的内容及格式，包括：
定义三种广播消息，分别是node消息、cluster-id消息和clients-conn消息，其中所述node消息记录分布式数据库节点id和节点地址，所述cluster-id消息携带分布式数据库节点在分布式数据库集群中的标识ID和消息过期时间，所述clients-conn消息记录分布式数据库节点连接状态数据和跳数。
3.根据权利要求2所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法，其特征是所述根据数据同步情况收集分布式数据库节点的连接信息和连接状态数据，包括：
通过节点连接状态表根据node消息、cluster-id消息及clients-conn消息记录分布式数据库节点的连接信息和连接状态数据。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法，其特征是所述所述基于Gossip协议根据所述广播消息的内容及格式进行分布式数据库节点的数据同步，包括：
通过消息时间记录表进行分布式数据库节点的数据同步，每次发送广播消息时，更新消息发送时间表中对应的分布式数据库节点的最新时间，下次发送广播消息给对应分布式数据库节点之前检查时间，避免重复发送。
5.根据权利要求2所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法，其特征是所述根据广播消息在分布式数据库节点间的数据同步情况进行分布式数据库网络的分区检查，包括：
根据cluster-id消息携带的消息过期时间判断分布式数据库节点间cluster-id消息是否过期，若cluster-id消息过期，则标记分布式数据库节点为下线状态，分布式数据库网络出现网络分区。
6.根据权利要求1所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法，其特征是所述限制分布式数据库节点连接个数，包括：
规定分布式数据库节点的连接数上限，当达到所述分布式数据库节点的连接数上限时不接收新建连接请求，当未达到所述分布式数据库节点的连接数上限时，能够连接所述分布式数据库节点。
7.根据权利要求6所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法，其特征是所述定期选择分布式数据库节点新建连接，包括：
通过遍历节点连接状态表，获取各分布式数据库节点的跳数和连接数，通过所述跳数和连接数计算分布式数据库节点的分数，选择分数最高的分布式数据库节点进行连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法，其特征是所述计算分布式数据库节点的分数，包括：
所述分布式数据库节点的连接数达到连接数上限，则所述分数为0；
所述分布式数据库节点的连接数未达到连接数上限，则利用如下公式：
计算所述分数，其中maxconn为所述分布式数据库节点的连接数上限，conni为所述分布式数据库节点当前连接数，hopsi是到达所述分布式数据库节点经过的跳数，N是集群总节点数。
9.一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理系统，其特征是包括消息管理单元、连接管理单元及网络规划单元，
消息管理单元定义分布式数据库网络连接相关的广播消息的内容及格式，基于Gossip协议根据所述广播消息的内容及格式进行分布式数据库节点的数据同步，
连接管理单元根据数据同步情况收集分布式数据库节点的连接信息和连接状态数据，
网络规划单元根据广播消息在分布式数据库节点间的数据同步情况进行分布式数据库网络的分区检查，并针对网络分区进行自动重连，同时定期选择分布式数据库节点新建连接并限制分布式数据库节点连接个数实现连接负载均衡。
10.一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理装置，其特征是包括：至少一个存储器和至少一个处理器；
所述至少一个存储器，用于存储机器可读程序；
所述至少一个处理器，用于调用所述机器可读程序，执行权利要求1至8中任一项所述的一种基于Gossip的分布式数据库网络连接管理方法。
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