03d4691cb44fe14eb05c33790632859c17d14b8f
[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 static java.util.Objects.requireNonNull;
11
12 import akka.actor.ActorRef;
13 import com.google.common.annotations.VisibleForTesting;
14 import com.google.common.base.MoreObjects;
15 import com.google.common.base.MoreObjects.ToStringHelper;
16 import edu.umd.cs.findbugs.annotations.SuppressFBWarnings;
17 import java.util.Collection;
18 import java.util.Optional;
19 import java.util.concurrent.TimeUnit;
20 import java.util.concurrent.TimeoutException;
21 import java.util.concurrent.locks.Lock;
22 import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
23 import java.util.function.Consumer;
24 import javax.annotation.concurrent.GuardedBy;
25 import javax.annotation.concurrent.NotThreadSafe;
26 import org.eclipse.jdt.annotation.NonNull;
27 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.Request;
28 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.RequestException;
29 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.Response;
30 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.ResponseEnvelope;
31 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.RuntimeRequestException;
32 import org.slf4j.Logger;
33 import org.slf4j.LoggerFactory;
34 import scala.concurrent.duration.FiniteDuration;
35
36 /**
37  * Base class for a connection to the backend. Responsible to queueing and dispatch of requests toward the backend.
38  * Can be in three conceptual states: Connecting, Connected and Reconnecting, which are represented by public final
39  * classes exposed from this package.
40  *
41  * @author Robert Varga
42  */
43 @NotThreadSafe
44 public abstract class AbstractClientConnection<T extends BackendInfo> {
45     private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(AbstractClientConnection.class);
46
47     /*
48      * Timers involved in communication with the backend. There are three tiers which are spaced out to allow for
49      * recovery at each tier. Keep these constants in nanoseconds, as that prevents unnecessary conversions in the fast
50      * path.
51      */
52     /**
53      * Backend aliveness timer. This is reset whenever we receive a response from the backend and kept armed whenever
54      * we have an outstanding request. If when this time expires, we tear down this connection and attempt to reconnect
55      * it.
56      */
57     public static final long DEFAULT_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     public static final long DEFAULT_REQUEST_TIMEOUT_NANOS = TimeUnit.MINUTES.toNanos(2);
64
65     /**
66      * No progress timeout. A client fails to make any forward progress in this time, it will terminate itself.
67      */
68     public static final long DEFAULT_NO_PROGRESS_TIMEOUT_NANOS = TimeUnit.MINUTES.toNanos(15);
69
70     // Emit a debug entry if we sleep for more that this amount
71     private static final long DEBUG_DELAY_NANOS = TimeUnit.MILLISECONDS.toNanos(100);
72
73     // Upper bound on the time a thread is forced to sleep to keep queue size under control
74     private static final long MAX_DELAY_SECONDS = 5;
75     private static final long MAX_DELAY_NANOS = TimeUnit.SECONDS.toNanos(MAX_DELAY_SECONDS);
76
77     private final Lock lock = new ReentrantLock();
78     private final ClientActorContext context;
79     @GuardedBy("lock")
80     private final TransmitQueue queue;
81     private final @NonNull Long cookie;
82     private final String backendName;
83
84     @GuardedBy("lock")
85     private boolean haveTimer;
86
87     /**
88      * Time reference when we saw any activity from the backend.
89      */
90     private long lastReceivedTicks;
91
92     private volatile RequestException poisoned;
93
94     // Private constructor to avoid code duplication.
95     private AbstractClientConnection(final AbstractClientConnection<T> oldConn, final TransmitQueue newQueue,
96             final String backendName) {
97         this.context = requireNonNull(oldConn.context);
98         this.cookie = requireNonNull(oldConn.cookie);
99         this.backendName = requireNonNull(backendName);
100         this.queue = requireNonNull(newQueue);
101         // Will be updated in finishReplay if needed.
102         this.lastReceivedTicks = oldConn.lastReceivedTicks;
103     }
104
105     // This constructor is only to be called by ConnectingClientConnection constructor.
106     // Do not allow subclassing outside of this package
107     AbstractClientConnection(final ClientActorContext context, final Long cookie, final String backendName,
108             final int queueDepth) {
109         this.context = requireNonNull(context);
110         this.cookie = requireNonNull(cookie);
111         this.backendName = requireNonNull(backendName);
112         this.queue = new TransmitQueue.Halted(queueDepth);
113         this.lastReceivedTicks = currentTime();
114     }
115
116     // This constructor is only to be called (indirectly) by ReconnectingClientConnection constructor.
117     // Do not allow subclassing outside of this package
118     AbstractClientConnection(final AbstractClientConnection<T> oldConn) {
119         this(oldConn, new TransmitQueue.Halted(oldConn.queue, oldConn.currentTime()), oldConn.backendName);
120     }
121
122     // This constructor is only to be called (indirectly) by ConnectedClientConnection constructor.
123     // Do not allow subclassing outside of this package
124     AbstractClientConnection(final AbstractClientConnection<T> oldConn, final T newBackend,
125             final int queueDepth) {
126         this(oldConn, new TransmitQueue.Transmitting(oldConn.queue, queueDepth, newBackend, oldConn.currentTime(),
127             requireNonNull(oldConn.context).messageSlicer()), newBackend.getName());
128     }
129
130     public final ClientActorContext context() {
131         return context;
132     }
133
134     public final @NonNull Long cookie() {
135         return cookie;
136     }
137
138     public final ActorRef localActor() {
139         return context.self();
140     }
141
142     public final long currentTime() {
143         return context.ticker().read();
144     }
145
146     /**
147      * Send a request to the backend and invoke a specified callback when it finishes. This method is safe to invoke
148      * from any thread.
149      *
150      * <p>This method may put the caller thread to sleep in order to throttle the request rate.
151      * The callback may be called before the sleep finishes.
152      *
153      * @param request Request to send
154      * @param callback Callback to invoke
155      */
156     public final void sendRequest(final Request<?, ?> request, final Consumer<Response<?, ?>> callback) {
157         final long now = currentTime();
158         sendEntry(new ConnectionEntry(request, callback, now), now);
159     }
160
161     /**
162      * Send a request to the backend and invoke a specified callback when it finishes. This method is safe to invoke
163      * from any thread.
164      *
165      * <p>
166      * Note that unlike {@link #sendRequest(Request, Consumer)}, this method does not exert backpressure, hence it
167      * should never be called from an application thread.
168      *
169      * @param request Request to send
170      * @param callback Callback to invoke
171      * @param enqueuedTicks Time (according to {@link #currentTime()} of request enqueue
172      */
173     public final void enqueueRequest(final Request<?, ?> request, final Consumer<Response<?, ?>> callback,
174             final long enqueuedTicks) {
175         enqueueEntry(new ConnectionEntry(request, callback, enqueuedTicks), currentTime());
176     }
177
178     private long enqueueOrForward(final ConnectionEntry entry, final long now) {
179         lock.lock();
180         try {
181             commonEnqueue(entry, now);
182             return queue.enqueueOrForward(entry, now);
183         } finally {
184             lock.unlock();
185         }
186     }
187
188     /**
189      * Enqueue an entry, possibly also transmitting it.
190      */
191     public final void enqueueEntry(final ConnectionEntry entry, final long now) {
192         lock.lock();
193         try {
194             commonEnqueue(entry, now);
195             queue.enqueueOrReplay(entry, now);
196         } finally {
197             lock.unlock();
198         }
199     }
200
201     @GuardedBy("lock")
202     private void commonEnqueue(final ConnectionEntry entry, final long now) {
203         final RequestException maybePoison = poisoned;
204         if (maybePoison != null) {
205             throw new IllegalStateException("Connection " + this + " has been poisoned", maybePoison);
206         }
207
208         if (queue.isEmpty()) {
209             // The queue is becoming non-empty, schedule a timer.
210             scheduleTimer(entry.getEnqueuedTicks() + context.config().getRequestTimeout() - now);
211         }
212     }
213
214     // To be called from ClientActorBehavior on ConnectedClientConnection after entries are replayed.
215     final void cancelDebt() {
216         queue.cancelDebt(currentTime());
217     }
218
219     public abstract Optional<T> getBackendInfo();
220
221     final Collection<ConnectionEntry> startReplay() {
222         lock.lock();
223         return queue.drain();
224     }
225
226     @GuardedBy("lock")
227     final void finishReplay(final ReconnectForwarder forwarder) {
228         setForwarder(forwarder);
229
230         /*
231          * The process of replaying all messages may have taken a significant chunk of time, depending on type
232          * of messages, queue depth and available processing power. In extreme situations this may have already
233          * exceeded BACKEND_ALIVE_TIMEOUT_NANOS, in which case we are running the risk of not making reasonable forward
234          * progress before we start a reconnect cycle.
235          *
236          * Note that the timer is armed after we have sent the first message, hence we should be seeing a response
237          * from the backend before we see a timeout, simply due to how the mailbox operates.
238          *
239          * At any rate, reset the timestamp once we complete reconnection (which an atomic transition from the
240          * perspective of outside world), as that makes it a bit easier to reason about timing of events.
241          */
242         lastReceivedTicks = currentTime();
243         lock.unlock();
244     }
245
246     @GuardedBy("lock")
247     final void setForwarder(final ReconnectForwarder forwarder) {
248         queue.setForwarder(forwarder, currentTime());
249     }
250
251     @GuardedBy("lock")
252     abstract ClientActorBehavior<T> lockedReconnect(ClientActorBehavior<T> current,
253             RequestException runtimeRequestException);
254
255     final void sendEntry(final ConnectionEntry entry, final long now) {
256         long delay = enqueueOrForward(entry, now);
257         try {
258             if (delay >= DEBUG_DELAY_NANOS) {
259                 if (delay > MAX_DELAY_NANOS) {
260                     LOG.info("Capping {} throttle delay from {} to {} seconds", this,
261                         TimeUnit.NANOSECONDS.toSeconds(delay), MAX_DELAY_SECONDS, new Throwable());
262                     delay = MAX_DELAY_NANOS;
263                 }
264                 if (LOG.isDebugEnabled()) {
265                     LOG.debug("{}: Sleeping for {}ms on connection {}", context.persistenceId(),
266                         TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(delay), this);
267                 }
268             }
269             TimeUnit.NANOSECONDS.sleep(delay);
270         } catch (InterruptedException e) {
271             Thread.currentThread().interrupt();
272             LOG.debug("Interrupted after sleeping {}ns", currentTime() - now, e);
273         }
274     }
275
276     final ClientActorBehavior<T> reconnect(final ClientActorBehavior<T> current, final RequestException cause) {
277         lock.lock();
278         try {
279             return lockedReconnect(current, cause);
280         } finally {
281             lock.unlock();
282         }
283     }
284
285     /**
286      * Schedule a timer to fire on the actor thread after a delay.
287      *
288      * @param delay Delay, in nanoseconds
289      */
290     @GuardedBy("lock")
291     private void scheduleTimer(final long delay) {
292         if (haveTimer) {
293             LOG.debug("{}: timer already scheduled on {}", context.persistenceId(), this);
294             return;
295         }
296         if (queue.hasSuccessor()) {
297             LOG.debug("{}: connection {} has a successor, not scheduling timer", context.persistenceId(), this);
298             return;
299         }
300
301         // If the delay is negative, we need to schedule an action immediately. While the caller could have checked
302         // for that condition and take appropriate action, but this is more convenient and less error-prone.
303         final long normalized =  delay <= 0 ? 0 : Math.min(delay, context.config().getBackendAlivenessTimerInterval());
304
305         final FiniteDuration dur = FiniteDuration.fromNanos(normalized);
306         LOG.debug("{}: connection {} scheduling timeout in {}", context.persistenceId(), this, dur);
307         context.executeInActor(this::runTimer, dur);
308         haveTimer = true;
309     }
310
311     /**
312      * Check this queue for timeout and initiate reconnection if that happened. If the queue has not made progress
313      * in {@link #DEFAULT_NO_PROGRESS_TIMEOUT_NANOS} nanoseconds, it will be aborted.
314      *
315      * @param current Current behavior
316      * @return Next behavior to use
317      */
318     @VisibleForTesting
319     final ClientActorBehavior<T> runTimer(final ClientActorBehavior<T> current) {
320         final Optional<Long> delay;
321
322         lock.lock();
323         try {
324             haveTimer = false;
325             final long now = currentTime();
326
327             LOG.debug("{}: running timer on {}", context.persistenceId(), this);
328
329             // The following line is only reliable when queue is not forwarding, but such state should not last long.
330             // FIXME: BUG-8422: this may not be accurate w.r.t. replayed entries
331             final long ticksSinceProgress = queue.ticksStalling(now);
332             if (ticksSinceProgress >= context.config().getNoProgressTimeout()) {
333                 LOG.error("Queue {} has not seen progress in {} seconds, failing all requests", this,
334                     TimeUnit.NANOSECONDS.toSeconds(ticksSinceProgress));
335
336                 lockedPoison(new NoProgressException(ticksSinceProgress));
337                 current.removeConnection(this);
338                 return current;
339             }
340
341             // Requests are always scheduled in sequence, hence checking for timeout is relatively straightforward.
342             // Note we use also inquire about the delay, so we can re-schedule if needed, hence the unusual tri-state
343             // return convention.
344             delay = lockedCheckTimeout(now);
345             if (delay == null) {
346                 // We have timed out. There is no point in scheduling a timer
347                 LOG.debug("{}: connection {} timed out", context.persistenceId(), this);
348                 return lockedReconnect(current, new RuntimeRequestException("Backend connection timed out",
349                     new TimeoutException()));
350             }
351
352             if (delay.isPresent()) {
353                 // If there is new delay, schedule a timer
354                 scheduleTimer(delay.get());
355             } else {
356                 LOG.debug("{}: not scheduling timeout on {}", context.persistenceId(), this);
357             }
358         } finally {
359             lock.unlock();
360         }
361
362         return current;
363     }
364
365     @VisibleForTesting
366     final Optional<Long> checkTimeout(final long now) {
367         lock.lock();
368         try {
369             return lockedCheckTimeout(now);
370         } finally {
371             lock.unlock();
372         }
373     }
374
375     long backendSilentTicks(final long now) {
376         return now - lastReceivedTicks;
377     }
378
379     /*
380      * We are using tri-state return here to indicate one of three conditions:
381      * - if there is no timeout to schedule, return Optional.empty()
382      * - if there is a timeout to schedule, return a non-empty optional
383      * - if this connections has timed out, return null
384      */
385     @SuppressFBWarnings(value = "NP_OPTIONAL_RETURN_NULL",
386             justification = "Returning null Optional is documented in the API contract.")
387     @GuardedBy("lock")
388     private Optional<Long> lockedCheckTimeout(final long now) {
389         if (queue.isEmpty()) {
390             LOG.debug("{}: connection {} is empty", context.persistenceId(), this);
391             return Optional.empty();
392         }
393
394         final long backendSilentTicks = backendSilentTicks(now);
395         if (backendSilentTicks >= context.config().getBackendAlivenessTimerInterval()) {
396             LOG.debug("{}: Connection {} has not seen activity from backend for {} nanoseconds, timing out",
397                 context.persistenceId(), this, backendSilentTicks);
398             return null;
399         }
400
401         int tasksTimedOut = 0;
402         for (ConnectionEntry head = queue.peek(); head != null; head = queue.peek()) {
403             final long beenOpen = now - head.getEnqueuedTicks();
404             final long requestTimeout = context.config().getRequestTimeout();
405             if (beenOpen < requestTimeout) {
406                 return Optional.of(requestTimeout - beenOpen);
407             }
408
409             tasksTimedOut++;
410             queue.remove(now);
411             LOG.debug("{}: Connection {} timed out entry {}", context.persistenceId(), this, head);
412
413             timeoutEntry(head, beenOpen);
414         }
415
416         LOG.debug("Connection {} timed out {} tasks", this, tasksTimedOut);
417         if (tasksTimedOut != 0) {
418             queue.tryTransmit(now);
419         }
420
421         return Optional.empty();
422     }
423
424     private void timeoutEntry(final ConnectionEntry entry, final long beenOpen) {
425         // Timeouts needs to be re-scheduled on actor thread because we are holding the lock on the current queue,
426         // which may be the tail of a successor chain. This is a problem if the callback attempts to send a request
427         // because that will attempt to lock the chain from the start, potentially causing a deadlock if there is
428         // a concurrent attempt to transmit.
429         context.executeInActor(current -> {
430             final double time = beenOpen * 1.0 / 1_000_000_000;
431             entry.complete(entry.getRequest().toRequestFailure(
432                 new RequestTimeoutException(entry.getRequest() + " timed out after " + time
433                         + " seconds. The backend for " + backendName + " is not available.")));
434             return current;
435         });
436     }
437
438     final void poison(final RequestException cause) {
439         lock.lock();
440         try {
441             lockedPoison(cause);
442         } finally {
443             lock.unlock();
444         }
445     }
446
447     @GuardedBy("lock")
448     private void lockedPoison(final RequestException cause) {
449         poisoned = enrichPoison(cause);
450         queue.poison(cause);
451     }
452
453     RequestException enrichPoison(final RequestException ex) {
454         return ex;
455     }
456
457     @VisibleForTesting
458     final RequestException poisoned() {
459         return poisoned;
460     }
461
462     void receiveResponse(final ResponseEnvelope<?> envelope) {
463         final long now = currentTime();
464         lastReceivedTicks = now;
465
466         final Optional<TransmittedConnectionEntry> maybeEntry;
467         lock.lock();
468         try {
469             maybeEntry = queue.complete(envelope, now);
470         } finally {
471             lock.unlock();
472         }
473
474         if (maybeEntry.isPresent()) {
475             final TransmittedConnectionEntry entry = maybeEntry.get();
476             LOG.debug("Completing {} with {}", entry, envelope);
477             entry.complete(envelope.getMessage());
478         }
479     }
480
481     @Override
482     public final String toString() {
483         return addToStringAttributes(MoreObjects.toStringHelper(this).omitNullValues()).toString();
484     }
485
486     ToStringHelper addToStringAttributes(final ToStringHelper toStringHelper) {
487         return toStringHelper.add("client", context.getIdentifier()).add("cookie", cookie).add("poisoned", poisoned);
488     }
489 }