Bug 8619: Introduce inheritance of progress trackers
[controller.git] / opendaylight / md-sal / cds-access-client / src / main / java / org / opendaylight / controller / cluster / access / client / AbstractClientConnection.java
1 /*
2  * Copyright (c) 2016 Cisco Systems, Inc. and others.  All rights reserved.
3  *
4  * This program and the accompanying materials are made available under the
5  * terms of the Eclipse Public License v1.0 which accompanies this distribution,
6  * and is available at http://www.eclipse.org/legal/epl-v10.html
7  */
8 package org.opendaylight.controller.cluster.access.client;
9
10 import akka.actor.ActorRef;
11 import com.google.common.annotations.VisibleForTesting;
12 import com.google.common.base.MoreObjects;
13 import com.google.common.base.MoreObjects.ToStringHelper;
14 import com.google.common.base.Preconditions;
15 import edu.umd.cs.findbugs.annotations.SuppressFBWarnings;
16 import java.util.Collection;
17 import java.util.Optional;
18 import java.util.concurrent.TimeUnit;
19 import java.util.concurrent.TimeoutException;
20 import java.util.concurrent.locks.Lock;
21 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
22 import java.util.function.Consumer;
23 import javax.annotation.Nonnull;
24 import javax.annotation.concurrent.GuardedBy;
25 import javax.annotation.concurrent.NotThreadSafe;
26 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.Request;
27 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.RequestException;
28 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.Response;
29 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.ResponseEnvelope;
30 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.RuntimeRequestException;
31 import org.slf4j.Logger;
32 import org.slf4j.LoggerFactory;
33 import scala.concurrent.duration.FiniteDuration;
34
35 /**
36  * Base class for a connection to the backend. Responsible to queueing and dispatch of requests toward the backend.
37  * Can be in three conceptual states: Connecting, Connected and Reconnecting, which are represented by public final
38  * classes exposed from this package.
39  *
40  * @author Robert Varga
41  */
42 @NotThreadSafe
43 public abstract class AbstractClientConnection<T extends BackendInfo> {
44     private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(AbstractClientConnection.class);
45
46     /*
47      * Timers involved in communication with the backend. There are three tiers which are spaced out to allow for
48      * recovery at each tier. Keep these constants in nanoseconds, as that prevents unnecessary conversions in the fast
49      * path.
50      */
51     /**
52      * Backend aliveness timer. This is reset whenever we receive a response from the backend and kept armed whenever
53      * we have an outstanding request. If when this time expires, we tear down this connection and attept to reconnect
54      * it.
55      */
56     @VisibleForTesting
57     static final long BACKEND_ALIVE_TIMEOUT_NANOS = TimeUnit.SECONDS.toNanos(30);
58
59     /**
60      * Request timeout. If the request fails to complete within this time since it was originally enqueued, we time
61      * the request out.
62      */
63     @VisibleForTesting
64     static final long REQUEST_TIMEOUT_NANOS = TimeUnit.MINUTES.toNanos(2);
65
66     /**
67      * No progress timeout. A client fails to make any forward progress in this time, it will terminate itself.
68      */
69     @VisibleForTesting
70     static final long NO_PROGRESS_TIMEOUT_NANOS = TimeUnit.MINUTES.toNanos(15);
71
72     // Emit a debug entry if we sleep for more that this amount
73     private static final long DEBUG_DELAY_NANOS = TimeUnit.MILLISECONDS.toNanos(100);
74
75     // Upper bound on the time a thread is forced to sleep to keep queue size under control
76     private static final long MAX_DELAY_SECONDS = 5;
77     private static final long MAX_DELAY_NANOS = TimeUnit.SECONDS.toNanos(MAX_DELAY_SECONDS);
78
79     private final Lock lock = new ReentrantLock();
80     private final ClientActorContext context;
81     @GuardedBy("lock")
82     private final TransmitQueue queue;
83     private final Long cookie;
84
85     @GuardedBy("lock")
86     private boolean haveTimer;
87
88     /**
89      * Time reference when we saw any activity from the backend.
90      */
91     private long lastReceivedTicks;
92
93     private volatile RequestException poisoned;
94
95     // Private constructor to avoid code duplication.
96     private AbstractClientConnection(final AbstractClientConnection<T> oldConn, final TransmitQueue newQueue) {
97         this.context = Preconditions.checkNotNull(oldConn.context);
98         this.cookie = Preconditions.checkNotNull(oldConn.cookie);
99         this.queue = Preconditions.checkNotNull(newQueue);
100         // Will be updated in finishReplay if needed.
101         this.lastReceivedTicks = oldConn.lastReceivedTicks;
102     }
103
104     // This constructor is only to be called by ConnectingClientConnection constructor.
105     // Do not allow subclassing outside of this package
106     AbstractClientConnection(final ClientActorContext context, final Long cookie, final int queueDepth) {
107         this.context = Preconditions.checkNotNull(context);
108         this.cookie = Preconditions.checkNotNull(cookie);
109         this.queue = new TransmitQueue.Halted(queueDepth);
110         this.lastReceivedTicks = currentTime();
111     }
112
113     // This constructor is only to be called (indirectly) by ReconnectingClientConnection constructor.
114     // Do not allow subclassing outside of this package
115     AbstractClientConnection(final AbstractClientConnection<T> oldConn) {
116         this(oldConn, new TransmitQueue.Halted(oldConn.queue, oldConn.currentTime()));
117     }
118
119     // This constructor is only to be called (indirectly) by ConnectedClientConnection constructor.
120     // Do not allow subclassing outside of this package
121     AbstractClientConnection(final AbstractClientConnection<T> oldConn, final T newBackend, final int queueDepth) {
122         this(oldConn, new TransmitQueue.Transmitting(oldConn.queue, queueDepth, newBackend, oldConn.currentTime()));
123     }
124
125     public final ClientActorContext context() {
126         return context;
127     }
128
129     public final @Nonnull Long cookie() {
130         return cookie;
131     }
132
133     public final ActorRef localActor() {
134         return context.self();
135     }
136
137     public final long currentTime() {
138         return context.ticker().read();
139     }
140
141     /**
142      * Send a request to the backend and invoke a specified callback when it finishes. This method is safe to invoke
143      * from any thread.
144      *
145      * <p>This method may put the caller thread to sleep in order to throttle the request rate.
146      * The callback may be called before the sleep finishes.
147      *
148      * @param request Request to send
149      * @param callback Callback to invoke
150      */
151     public final void sendRequest(final Request<?, ?> request, final Consumer<Response<?, ?>> callback) {
152         final long now = currentTime();
153         sendEntry(new ConnectionEntry(request, callback, now), now);
154     }
155
156     /**
157      * Send a request to the backend and invoke a specified callback when it finishes. This method is safe to invoke
158      * from any thread.
159      *
160      * <p>
161      * Note that unlike {@link #sendRequest(Request, Consumer)}, this method does not exert backpressure, hence it
162      * should never be called from an application thread.
163      *
164      * @param request Request to send
165      * @param callback Callback to invoke
166      * @param enqueuedTicks Time (according to {@link #currentTime()} of request enqueue
167      */
168     public final void enqueueRequest(final Request<?, ?> request, final Consumer<Response<?, ?>> callback,
169             final long enqueuedTicks) {
170         enqueueEntry(new ConnectionEntry(request, callback, enqueuedTicks), currentTime());
171     }
172
173     public final long enqueueEntry(final ConnectionEntry entry, final long now) {
174         lock.lock();
175         try {
176             final RequestException maybePoison = poisoned;
177             if (maybePoison != null) {
178                 throw new IllegalStateException("Connection " + this + " has been poisoned", maybePoison);
179             }
180
181             if (queue.isEmpty()) {
182                 // The queue is becoming non-empty, schedule a timer.
183                 scheduleTimer(entry.getEnqueuedTicks() + REQUEST_TIMEOUT_NANOS - now);
184             }
185             return queue.enqueue(entry, now);
186         } finally {
187             lock.unlock();
188         }
189     }
190
191     // To be called from ClientActorBehavior on ConnectedClientConnection after entries are replayed.
192     final void cancelDebt() {
193         queue.cancelDebt(currentTime());
194     }
195
196     public abstract Optional<T> getBackendInfo();
197
198     final Collection<ConnectionEntry> startReplay() {
199         lock.lock();
200         return queue.drain();
201     }
202
203     @GuardedBy("lock")
204     final void finishReplay(final ReconnectForwarder forwarder) {
205         setForwarder(forwarder);
206
207         /*
208          * The process of replaying all messages may have taken a significant chunk of time, depending on type
209          * of messages, queue depth and available processing power. In extreme situations this may have already
210          * exceeded BACKEND_ALIVE_TIMEOUT_NANOS, in which case we are running the risk of not making reasonable forward
211          * progress before we start a reconnect cycle.
212          *
213          * Note that the timer is armed after we have sent the first message, hence we should be seeing a response
214          * from the backend before we see a timeout, simply due to how the mailbox operates.
215          *
216          * At any rate, reset the timestamp once we complete reconnection (which an atomic transition from the
217          * perspective of outside world), as that makes it a bit easier to reason about timing of events.
218          */
219         lastReceivedTicks = currentTime();
220         lock.unlock();
221     }
222
223     @GuardedBy("lock")
224     final void setForwarder(final ReconnectForwarder forwarder) {
225         queue.setForwarder(forwarder, currentTime());
226     }
227
228     @GuardedBy("lock")
229     abstract ClientActorBehavior<T> lockedReconnect(ClientActorBehavior<T> current,
230             RequestException runtimeRequestException);
231
232     final void sendEntry(final ConnectionEntry entry, final long now) {
233         long delay = enqueueEntry(entry, now);
234         try {
235             if (delay >= DEBUG_DELAY_NANOS) {
236                 if (delay > MAX_DELAY_NANOS) {
237                     LOG.info("Capping {} throttle delay from {} to {} seconds", this,
238                         TimeUnit.NANOSECONDS.toSeconds(delay), MAX_DELAY_SECONDS, new Throwable());
239                     delay = MAX_DELAY_NANOS;
240                 }
241                 if (LOG.isDebugEnabled()) {
242                     LOG.debug("{}: Sleeping for {}ms on connection {}", context.persistenceId(),
243                         TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(delay), this);
244                 }
245             }
246             TimeUnit.NANOSECONDS.sleep(delay);
247         } catch (InterruptedException e) {
248             Thread.currentThread().interrupt();
249             LOG.debug("Interrupted after sleeping {}ns", e, currentTime() - now);
250         }
251     }
252
253     final ClientActorBehavior<T> reconnect(final ClientActorBehavior<T> current, final RequestException cause) {
254         lock.lock();
255         try {
256             return lockedReconnect(current, cause);
257         } finally {
258             lock.unlock();
259         }
260     }
261
262     /**
263      * Schedule a timer to fire on the actor thread after a delay.
264      *
265      * @param delay Delay, in nanoseconds
266      */
267     @GuardedBy("lock")
268     private void scheduleTimer(final long delay) {
269         if (haveTimer) {
270             LOG.debug("{}: timer already scheduled on {}", context.persistenceId(), this);
271             return;
272         }
273         if (queue.hasSuccessor()) {
274             LOG.debug("{}: connection {} has a successor, not scheduling timer", context.persistenceId(), this);
275             return;
276         }
277
278         // If the delay is negative, we need to schedule an action immediately. While the caller could have checked
279         // for that condition and take appropriate action, but this is more convenient and less error-prone.
280         final long normalized =  delay <= 0 ? 0 : Math.min(delay, BACKEND_ALIVE_TIMEOUT_NANOS);
281
282         final FiniteDuration dur = FiniteDuration.fromNanos(normalized);
283         LOG.debug("{}: connection {} scheduling timeout in {}", context.persistenceId(), this, dur);
284         context.executeInActor(this::runTimer, dur);
285         haveTimer = true;
286     }
287
288     /**
289      * Check this queue for timeout and initiate reconnection if that happened. If the queue has not made progress
290      * in {@link #NO_PROGRESS_TIMEOUT_NANOS} nanoseconds, it will be aborted.
291      *
292      * @param current Current behavior
293      * @return Next behavior to use
294      */
295     @VisibleForTesting
296     final ClientActorBehavior<T> runTimer(final ClientActorBehavior<T> current) {
297         final Optional<Long> delay;
298
299         lock.lock();
300         try {
301             haveTimer = false;
302             final long now = currentTime();
303
304             LOG.debug("{}: running timer on {}", context.persistenceId(), this);
305
306             // The following line is only reliable when queue is not forwarding, but such state should not last long.
307             // FIXME: BUG-8422: this may not be accurate w.r.t. replayed entries
308             final long ticksSinceProgress = queue.ticksStalling(now);
309             if (ticksSinceProgress >= NO_PROGRESS_TIMEOUT_NANOS) {
310                 LOG.error("Queue {} has not seen progress in {} seconds, failing all requests", this,
311                     TimeUnit.NANOSECONDS.toSeconds(ticksSinceProgress));
312
313                 lockedPoison(new NoProgressException(ticksSinceProgress));
314                 current.removeConnection(this);
315                 return current;
316             }
317
318             // Requests are always scheduled in sequence, hence checking for timeout is relatively straightforward.
319             // Note we use also inquire about the delay, so we can re-schedule if needed, hence the unusual tri-state
320             // return convention.
321             delay = lockedCheckTimeout(now);
322             if (delay == null) {
323                 // We have timed out. There is no point in scheduling a timer
324                 LOG.debug("{}: connection {} timed out", context.persistenceId(), this);
325                 return lockedReconnect(current, new RuntimeRequestException("Backend connection timed out",
326                     new TimeoutException()));
327             }
328
329             if (delay.isPresent()) {
330                 // If there is new delay, schedule a timer
331                 scheduleTimer(delay.get());
332             } else {
333                 LOG.debug("{}: not scheduling timeout on {}", context.persistenceId(), this);
334             }
335         } finally {
336             lock.unlock();
337         }
338
339         return current;
340     }
341
342     @VisibleForTesting
343     final Optional<Long> checkTimeout(final long now) {
344         lock.lock();
345         try {
346             return lockedCheckTimeout(now);
347         } finally {
348             lock.unlock();
349         }
350     }
351
352     long backendSilentTicks(final long now) {
353         return now - lastReceivedTicks;
354     }
355
356     /*
357      * We are using tri-state return here to indicate one of three conditions:
358      * - if there is no timeout to schedule, return Optional.empty()
359      * - if there is a timeout to schedule, return a non-empty optional
360      * - if this connections has timed out, return null
361      */
362     @SuppressFBWarnings(value = "NP_OPTIONAL_RETURN_NULL",
363             justification = "Returning null Optional is documented in the API contract.")
364     @GuardedBy("lock")
365     private Optional<Long> lockedCheckTimeout(final long now) {
366         if (queue.isEmpty()) {
367             LOG.debug("{}: connection {} is empty", context.persistenceId(), this);
368             return Optional.empty();
369         }
370
371         final long backendSilentTicks = backendSilentTicks(now);
372         if (backendSilentTicks >= BACKEND_ALIVE_TIMEOUT_NANOS) {
373             LOG.debug("{}: Connection {} has not seen activity from backend for {} nanoseconds, timing out",
374                 context.persistenceId(), this, backendSilentTicks);
375             return null;
376         }
377
378         int tasksTimedOut = 0;
379         for (ConnectionEntry head = queue.peek(); head != null; head = queue.peek()) {
380             final long beenOpen = now - head.getEnqueuedTicks();
381             if (beenOpen < REQUEST_TIMEOUT_NANOS) {
382                 return Optional.of(REQUEST_TIMEOUT_NANOS - beenOpen);
383             }
384
385             tasksTimedOut++;
386             queue.remove(now);
387             LOG.debug("{}: Connection {} timed out entry {}", context.persistenceId(), this, head);
388
389             final double time = beenOpen * 1.0 / 1_000_000_000;
390             head.complete(head.getRequest().toRequestFailure(
391                 new RequestTimeoutException("Timed out after " + time + "seconds")));
392         }
393
394         LOG.debug("Connection {} timed out {} tasks", this, tasksTimedOut);
395         if (tasksTimedOut != 0) {
396             queue.tryTransmit(now);
397         }
398
399         return Optional.empty();
400     }
401
402     final void poison(final RequestException cause) {
403         lock.lock();
404         try {
405             lockedPoison(cause);
406         } finally {
407             lock.unlock();
408         }
409     }
410
411     @GuardedBy("lock")
412     private void lockedPoison(final RequestException cause) {
413         poisoned = enrichPoison(cause);
414         queue.poison(cause);
415     }
416
417     RequestException enrichPoison(final RequestException ex) {
418         return ex;
419     }
420
421     @VisibleForTesting
422     final RequestException poisoned() {
423         return poisoned;
424     }
425
426     void receiveResponse(final ResponseEnvelope<?> envelope) {
427         final long now = currentTime();
428         lastReceivedTicks = now;
429
430         final Optional<TransmittedConnectionEntry> maybeEntry;
431         lock.lock();
432         try {
433             maybeEntry = queue.complete(envelope, now);
434         } finally {
435             lock.unlock();
436         }
437
438         if (maybeEntry.isPresent()) {
439             final TransmittedConnectionEntry entry = maybeEntry.get();
440             LOG.debug("Completing {} with {}", entry, envelope);
441             entry.complete(envelope.getMessage());
442         }
443     }
444
445     @Override
446     public final String toString() {
447         return addToStringAttributes(MoreObjects.toStringHelper(this).omitNullValues()).toString();
448     }
449
450     ToStringHelper addToStringAttributes(final ToStringHelper toStringHelper) {
451         return toStringHelper.add("client", context.getIdentifier()).add("cookie", cookie).add("poisoned", poisoned);
452     }
453 }