Fix modernization issues
[controller.git] / opendaylight / md-sal / cds-access-client / src / main / java / org / opendaylight / controller / cluster / access / client / TransmitQueue.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 com.google.common.base.Verify.verify;
11 import static java.util.Objects.requireNonNull;
12
13 import akka.actor.ActorRef;
14 import com.google.common.annotations.VisibleForTesting;
15 import edu.umd.cs.findbugs.annotations.SuppressFBWarnings;
16 import java.util.ArrayDeque;
17 import java.util.ArrayList;
18 import java.util.Collection;
19 import java.util.Deque;
20 import java.util.Iterator;
21 import java.util.List;
22 import java.util.Optional;
23 import java.util.Queue;
24 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.Request;
25 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.RequestEnvelope;
26 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.Response;
27 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.ResponseEnvelope;
28 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.RuntimeRequestException;
29 import org.opendaylight.controller.cluster.access.concepts.SliceableMessage;
30 import org.opendaylight.controller.cluster.messaging.MessageSlicer;
31 import org.opendaylight.controller.cluster.messaging.SliceOptions;
32 import org.slf4j.Logger;
33 import org.slf4j.LoggerFactory;
34
35 /**
36  * This queue is internally split into two queues for performance reasons, both memory efficiency and copy
37  * operations.
38  *
39  * <p>
40  * Entries are always appended to the end, but then they are transmitted to the remote end and do not necessarily
41  * complete in the order in which they were sent -- hence the head of the queue does not increase linearly,
42  * but can involve spurious removals of non-head entries.
43  *
44  * <p>
45  * For memory efficiency we want to pre-allocate both queues -- which points to ArrayDeque, but that is very
46  * inefficient when entries are removed from the middle. In the typical case we expect the number of in-flight
47  * entries to be an order of magnitude lower than the number of enqueued entries, hence the split.
48  *
49  * <p>
50  * Note that in transient case of reconnect, when the backend gives us a lower number of maximum in-flight entries
51  * than the previous incarnation, we may end up still moving the pending queue -- but that is a very exceptional
52  * scenario, hence we consciously ignore it to keep the design relatively simple.
53  *
54  * <p>
55  * This class is not thread-safe, as it is expected to be guarded by {@link AbstractClientConnection}.
56  *
57  * @author Robert Varga
58  */
59 abstract class TransmitQueue {
60     static final class Halted extends TransmitQueue {
61         // For ConnectingClientConnection.
62         Halted(final int targetDepth) {
63             super(targetDepth);
64         }
65
66         // For ReconnectingClientConnection.
67         Halted(final TransmitQueue oldQueue, final long now) {
68             super(oldQueue, now);
69         }
70
71         @Override
72         int canTransmitCount(final int inflightSize) {
73             return 0;
74         }
75
76         @Override
77         Optional<TransmittedConnectionEntry> transmit(final ConnectionEntry entry, final long now) {
78             throw new UnsupportedOperationException("Attempted to transmit on a halted queue");
79         }
80
81         @Override
82         void preComplete(final ResponseEnvelope<?> envelope) {
83         }
84     }
85
86     static final class Transmitting extends TransmitQueue {
87         private static final long NOT_SLICING = -1;
88
89         private final BackendInfo backend;
90         private final MessageSlicer messageSlicer;
91         private long nextTxSequence;
92         private long currentSlicedEnvSequenceId = NOT_SLICING;
93
94         // For ConnectedClientConnection.
95         Transmitting(final TransmitQueue oldQueue, final int targetDepth, final BackendInfo backend, final long now,
96                 final MessageSlicer messageSlicer) {
97             super(oldQueue, targetDepth, now);
98             this.backend = requireNonNull(backend);
99             this.messageSlicer = requireNonNull(messageSlicer);
100         }
101
102         @Override
103         int canTransmitCount(final int inflightSize) {
104             return backend.getMaxMessages() - inflightSize;
105         }
106
107         @Override
108         Optional<TransmittedConnectionEntry> transmit(final ConnectionEntry entry, final long now) {
109             // If we're currently slicing a message we can't send any subsequent requests until slicing completes to
110             // avoid an out-of-sequence request envelope failure on the backend. In this case we return an empty
111             // Optional to indicate the request was not transmitted.
112             if (currentSlicedEnvSequenceId >= 0) {
113                 return Optional.empty();
114             }
115
116             final Request<?, ?> request = entry.getRequest();
117             final RequestEnvelope env = new RequestEnvelope(request.toVersion(backend.getVersion()),
118                 backend.getSessionId(), nextTxSequence++);
119
120             if (request instanceof SliceableMessage) {
121                 if (messageSlicer.slice(SliceOptions.builder().identifier(request.getTarget())
122                         .message(env).replyTo(request.getReplyTo()).sendTo(backend.getActor())
123                         .onFailureCallback(t -> env.sendFailure(new RuntimeRequestException(
124                                 "Failed to slice request " + request, t), 0L)).build())) {
125                     // The request was sliced so record the envelope sequence id to prevent transmitting
126                     // subsequent requests until slicing completes.
127                     currentSlicedEnvSequenceId = env.getTxSequence();
128                 }
129             } else {
130                 backend.getActor().tell(env, ActorRef.noSender());
131             }
132
133             return Optional.of(new TransmittedConnectionEntry(entry, env.getSessionId(),
134                     env.getTxSequence(), now));
135         }
136
137         @Override
138         void preComplete(final ResponseEnvelope<?> envelope) {
139             if (envelope.getTxSequence() == currentSlicedEnvSequenceId) {
140                 // Slicing completed for the prior request - clear the cached sequence id field to enable subsequent
141                 // requests to be transmitted.
142                 currentSlicedEnvSequenceId = NOT_SLICING;
143             }
144         }
145     }
146
147     private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(TransmitQueue.class);
148
149     private final Deque<TransmittedConnectionEntry> inflight = new ArrayDeque<>();
150     private final Deque<ConnectionEntry> pending = new ArrayDeque<>();
151     private final AveragingProgressTracker tracker;  // Cannot be just ProgressTracker as we are inheriting limits.
152     private ReconnectForwarder successor;
153
154     /**
155      * Construct initial transmitting queue.
156      */
157     TransmitQueue(final int targetDepth) {
158         tracker = new AveragingProgressTracker(targetDepth);
159     }
160
161     /**
162      * Construct new transmitting queue while inheriting timing data from the previous transmit queue instance.
163      */
164     TransmitQueue(final TransmitQueue oldQueue, final int targetDepth, final long now) {
165         tracker = new AveragingProgressTracker(oldQueue.tracker, targetDepth, now);
166     }
167
168     /**
169      * Construct new transmitting queue while inheriting timing and size data from the previous transmit queue instance.
170      */
171     TransmitQueue(final TransmitQueue oldQueue, final long now) {
172         tracker = new AveragingProgressTracker(oldQueue.tracker, now);
173     }
174
175     /**
176      * Cancel the accumulated sum of delays as we expect the new backend to work now.
177      */
178     void cancelDebt(final long now) {
179         tracker.cancelDebt(now);
180     }
181
182     /**
183      * Drain the contents of the connection into a list. This will leave the queue empty and allow further entries
184      * to be added to it during replay. When we set the successor all entries enqueued between when this methods
185      * returns and the successor is set will be replayed to the successor.
186      *
187      * @return Collection of entries present in the queue.
188      */
189     final Collection<ConnectionEntry> drain() {
190         final Collection<ConnectionEntry> ret = new ArrayDeque<>(inflight.size() + pending.size());
191         ret.addAll(inflight);
192         ret.addAll(pending);
193         inflight.clear();
194         pending.clear();
195         return ret;
196     }
197
198     final long ticksStalling(final long now) {
199         return tracker.ticksStalling(now);
200     }
201
202     final boolean hasSuccessor() {
203         return successor != null;
204     }
205
206     // If a matching request was found, this will track a task was closed.
207     final Optional<TransmittedConnectionEntry> complete(final ResponseEnvelope<?> envelope, final long now) {
208         preComplete(envelope);
209
210         Optional<TransmittedConnectionEntry> maybeEntry = findMatchingEntry(inflight, envelope);
211         if (maybeEntry == null) {
212             LOG.debug("Request for {} not found in inflight queue, checking pending queue", envelope);
213             maybeEntry = findMatchingEntry(pending, envelope);
214         }
215
216         if (maybeEntry == null || !maybeEntry.isPresent()) {
217             LOG.warn("No request matching {} found, ignoring response", envelope);
218             return Optional.empty();
219         }
220
221         final TransmittedConnectionEntry entry = maybeEntry.get();
222         tracker.closeTask(now, entry.getEnqueuedTicks(), entry.getTxTicks(), envelope.getExecutionTimeNanos());
223
224         // We have freed up a slot, try to transmit something
225         tryTransmit(now);
226
227         return Optional.of(entry);
228     }
229
230     final void tryTransmit(final long now) {
231         final int toSend = canTransmitCount(inflight.size());
232         if (toSend > 0 && !pending.isEmpty()) {
233             transmitEntries(toSend, now);
234         }
235     }
236
237     private void transmitEntries(final int maxTransmit, final long now) {
238         for (int i = 0; i < maxTransmit; ++i) {
239             final ConnectionEntry e = pending.poll();
240             if (e == null || !transmitEntry(e, now)) {
241                 LOG.debug("Queue {} transmitted {} requests", this, i);
242                 return;
243             }
244         }
245
246         LOG.debug("Queue {} transmitted {} requests", this, maxTransmit);
247     }
248
249     private boolean transmitEntry(final ConnectionEntry entry, final long now) {
250         LOG.debug("Queue {} transmitting entry {}", this, entry);
251         // We are not thread-safe and are supposed to be externally-guarded,
252         // hence send-before-record should be fine.
253         // This needs to be revisited if the external guards are lowered.
254         final Optional<TransmittedConnectionEntry> maybeTransmitted = transmit(entry, now);
255         if (!maybeTransmitted.isPresent()) {
256             return false;
257         }
258
259         inflight.addLast(maybeTransmitted.get());
260         return true;
261     }
262
263     final long enqueueOrForward(final ConnectionEntry entry, final long now) {
264         if (successor != null) {
265             // This call will pay the enqueuing price, hence the caller does not have to
266             successor.forwardEntry(entry, now);
267             return 0;
268         }
269
270         return enqueue(entry, now);
271     }
272
273     final void enqueueOrReplay(final ConnectionEntry entry, final long now) {
274         if (successor != null) {
275             successor.replayEntry(entry, now);
276         } else {
277             enqueue(entry, now);
278         }
279     }
280
281     /**
282      * Enqueue an entry, possibly also transmitting it.
283      *
284      * @return Delay to be forced on the calling thread, in nanoseconds.
285      */
286     private long enqueue(final ConnectionEntry entry, final long now) {
287
288         // XXX: we should place a guard against incorrect entry sequences:
289         // entry.getEnqueueTicks() should have non-negative difference from the last entry present in the queues
290
291         // Reserve an entry before we do anything that can fail
292         final long delay = tracker.openTask(now);
293
294         /*
295          * This is defensive to make sure we do not do the wrong thing here and reorder messages if we ever happen
296          * to have available send slots and non-empty pending queue.
297          */
298         final int toSend = canTransmitCount(inflight.size());
299         if (toSend <= 0) {
300             LOG.trace("Queue is at capacity, delayed sending of request {}", entry.getRequest());
301             pending.addLast(entry);
302             return delay;
303         }
304
305         if (pending.isEmpty()) {
306             if (!transmitEntry(entry, now)) {
307                 LOG.debug("Queue {} cannot transmit request {} - delaying it", this, entry.getRequest());
308                 pending.addLast(entry);
309             }
310
311             return delay;
312         }
313
314         pending.addLast(entry);
315         transmitEntries(toSend, now);
316         return delay;
317     }
318
319     /**
320      * Return the number of entries which can be transmitted assuming the supplied in-flight queue size.
321      */
322     abstract int canTransmitCount(int inflightSize);
323
324     abstract Optional<TransmittedConnectionEntry> transmit(ConnectionEntry entry, long now);
325
326     abstract void preComplete(ResponseEnvelope<?> envelope);
327
328     final boolean isEmpty() {
329         return inflight.isEmpty() && pending.isEmpty();
330     }
331
332     final ConnectionEntry peek() {
333         final ConnectionEntry ret = inflight.peek();
334         if (ret != null) {
335             return ret;
336         }
337
338         return pending.peek();
339     }
340
341     final List<ConnectionEntry> poison() {
342         final List<ConnectionEntry> entries = new ArrayList<>(inflight.size() + pending.size());
343         entries.addAll(inflight);
344         inflight.clear();
345         entries.addAll(pending);
346         pending.clear();
347         return entries;
348     }
349
350     final void setForwarder(final ReconnectForwarder forwarder, final long now) {
351         verify(successor == null, "Successor %s already set on connection %s", successor, this);
352         successor = requireNonNull(forwarder);
353         LOG.debug("Connection {} superseded by {}, splicing queue", this, successor);
354
355         /*
356          * We need to account for entries which have been added between the time drain() was called and this method
357          * is invoked. Since the old connection is visible during replay and some entries may have completed on the
358          * replay thread, there was an avenue for this to happen.
359          */
360         int count = 0;
361         ConnectionEntry entry = inflight.poll();
362         while (entry != null) {
363             successor.replayEntry(entry, now);
364             entry = inflight.poll();
365             count++;
366         }
367
368         entry = pending.poll();
369         while (entry != null) {
370             successor.replayEntry(entry, now);
371             entry = pending.poll();
372             count++;
373         }
374
375         LOG.debug("Connection {} queue spliced {} messages", this, count);
376     }
377
378     final void remove(final long now) {
379         final TransmittedConnectionEntry txe = inflight.poll();
380         if (txe == null) {
381             final ConnectionEntry entry = pending.pop();
382             tracker.closeTask(now, entry.getEnqueuedTicks(), 0, 0);
383         } else {
384             tracker.closeTask(now, txe.getEnqueuedTicks(), txe.getTxTicks(), 0);
385         }
386     }
387
388     @VisibleForTesting
389     Deque<TransmittedConnectionEntry> getInflight() {
390         return inflight;
391     }
392
393     @VisibleForTesting
394     Deque<ConnectionEntry> getPending() {
395         return pending;
396     }
397
398     /*
399      * We are using tri-state return here to indicate one of three conditions:
400      * - if a matching entry is found, return an Optional containing it
401      * - if a matching entry is not found, but it makes sense to keep looking at other queues, return null
402      * - if a conflicting entry is encountered, indicating we should ignore this request, return an empty Optional
403      */
404     @SuppressFBWarnings(value = "NP_OPTIONAL_RETURN_NULL",
405             justification = "Returning null Optional is documented in the API contract.")
406     private static Optional<TransmittedConnectionEntry> findMatchingEntry(final Queue<? extends ConnectionEntry> queue,
407             final ResponseEnvelope<?> envelope) {
408         // Try to find the request in a queue. Responses may legally come back in a different order, hence we need
409         // to use an iterator
410         final Iterator<? extends ConnectionEntry> it = queue.iterator();
411         while (it.hasNext()) {
412             final ConnectionEntry e = it.next();
413             final Request<?, ?> request = e.getRequest();
414             final Response<?, ?> response = envelope.getMessage();
415
416             // First check for matching target, or move to next entry
417             if (!request.getTarget().equals(response.getTarget())) {
418                 continue;
419             }
420
421             // Sanity-check logical sequence, ignore any out-of-order messages
422             if (request.getSequence() != response.getSequence()) {
423                 LOG.debug("Expecting sequence {}, ignoring response {}", request.getSequence(), envelope);
424                 return Optional.empty();
425             }
426
427             // Check if the entry has (ever) been transmitted
428             if (!(e instanceof TransmittedConnectionEntry)) {
429                 return Optional.empty();
430             }
431
432             final TransmittedConnectionEntry te = (TransmittedConnectionEntry) e;
433
434             // Now check session match
435             if (envelope.getSessionId() != te.getSessionId()) {
436                 LOG.debug("Expecting session {}, ignoring response {}", te.getSessionId(), envelope);
437                 return Optional.empty();
438             }
439             if (envelope.getTxSequence() != te.getTxSequence()) {
440                 LOG.warn("Expecting txSequence {}, ignoring response {}", te.getTxSequence(), envelope);
441                 return Optional.empty();
442             }
443
444             LOG.debug("Completing request {} with {}", request, envelope);
445             it.remove();
446             return Optional.of(te);
447         }
448
449         return null;
450     }
451 }