连接池你用对了吗?一次Unexpected end of stream异常的排查

能收获什么?

  1. 更加了解TCP协议
  2. Redis与客户端关闭连接的机制
  3. 基于Apache Common连接池的参数调优
  4. Linux网络抓包

情况简介

近期迁移了部分应用到K8s中,业务开发人员反馈说,会发现频繁出现 : redis.clients.jedis.exceptions.JedisConnectionException: Unexpected end of stream.
堆栈如下图:

发生这个问题的应用的环境如下:

  • Java8
  • Jedis 2.9.0

排查

由于开发人员说近期才出现这个情况,我们首先怀疑是不是K8s环境的问题,进行了一轮K8s的网络环境问题排查。
我们首先利用tcpdump在node节点和容器内进行抓包。

tcpdump -i <interfaceName> -C 100 -s0 -n -w node.pcap tcp

不出意外我们确实发现了大量由Redis服务器响应给客户端的RST(TCP Reset)包,连接重置。
至此我们还是怀疑是网络不稳定引起的。
我们搜索了TCP RST相关内容,可以看到RST一般由下列的几个情况引起:

  • 到不存在的端口的连接请求
  • 异常终止一个连接
  • 检测半打开连接

极客的Redis,不按规矩出牌的"RST"?

随后我们又对网络又进行了几轮的测试。
突然觉得有点不对劲,我们点开了RST包之前的包查看了包的内容。
结果发现大部分是客户端发起quit数据,Redis服务端返回ok RST
虽然包的状态是RST,但包内容确又是跟商量好的一样是正常的"客户端说退出,服务端说ok"。
带着这个问题,我们查了下Redis的相关文档,确实在默认情况下Redis是这么约束的,quit之后返回一个RST包。
按照常理当连接不需要在使用的时候应该关闭连接,这种情况不是应该是我们理解的"TCP的4次挥手"来进行这个连接的告别(关闭)仪式吗?

为什么Redis的连接关闭使用"RST"?

我的猜想是 不进行繁杂的4次挥手来提升性能。
这么做的好处是避免了4次挥手。
在网络情况差,客户端不稳定等情况下,能极大减少time_wait、close_wait等问题。
Redis利用了TCP机制重新约束了客户端和服务端来进行连接关闭,流程如下。

  • 客户端发送 "quit"
  • 服务端返回 "ok" + RST
  • 服务端直接强制关闭连接
  • 客户端收到 "ok" 后自己关闭这个连接,并自己保证后续不在使用这个连接进行通信

既然返回"RST"是正常的,那么是哪里出了问题呢?

我们根据堆栈抛出的时间具体查看对应的RST包后发现,这种RST的情况与上面的不一致,这一次客户端发送的并不是 "quit" 数据,而Redis确返回了 RST

这时我觉得是Jedis这边的问题,去看了Jedis的release notes和issue,发现并没有相关的BUG。
我们重新看一下TCP流的记录,发现这一次交互间隔了9分钟,最后一次交互为04:10:59秒的keepalive包,而发生问题的包的时间为04:19:57,我们又把返回RST可能的原因放在了"检测半打开连接"这点上。
我又一次查看了业务使用的场景,发现了JedisPool按如下情况设置:

config.setNumTestsPerEvictionRun(3);
config.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(Duration.ofMinutes(5).toMillis());
config.setMinIdle(5);
config.setMaxTotal(20);
config.setTestOnBorrow(false);
config.setTestWhileIdle(true);

根据上面的配置我们可知:

  1. 每次最多检测3个连接
  2. 每隔5分钟检测一次
  3. 最小空闲连接数为5
  4. 最大连接数为20
  5. 关闭获取连接时检查连接可用
  6. 开启空闲连接检测
  7. 最大连接空闲数为8(这边没有明确设置,是Pool的默认值)

带着这些已知的情况,我们去询问了DBA Redis的keepalive的设置。
DBA回复我们说:5分钟
至此我们知道了原因,那就是Pool的设置和Redis的配置不匹配引起的。
我们设定一个场景来推演:

  1. 并发10次使用Pool操作Redis
  2. 当操作完成后Pool中应该还有8个空闲连接(最大连接空闲数为8,所以这边不是10)
  3. 当5分钟过后再次进行并发10次的Redis操作
  4. 应该会出现5次Unexpected end of stream异常(5个新连接被建立,5个旧连接抛出异常)

为什么会出现5次异常?

  因为根据Pool的设置,每5分钟才会检查池中的3个Redis连接是否正常,但当时池中有8个空闲的连接,也就是说还有5个连接在客户端是未知状态(8-3=5),这5个连接可能是可用的,也可能是不可用的,这取决于Redis的设置。
  而当下Redis设置的也是5分钟,也就是说这8个连接全是不可用的,Pool根据空闲检查机制帮我们剔除了3个,那么还有5个连接是会被直接使用的,那么就会抛出5次异常。

重现问题以验证推演

验证代码如下:

JedisPoolConfig config = new JedisPoolConfig();
config.setNumTestsPerEvictionRun(3);
config.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(Duration.ofMinutes(5).toMillis());
config.setMinIdle(5);
config.setMaxTotal(20);
config.setTestOnBorrow(false);
config.setTestWhileIdle(true);

JedisPool pool = new JedisPool(config, "x.x.x.x", 6379, 5000, "123456", 0);

List<Integer> connectionNumbers = Stream.of(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9).collect(Collectors.toList());

// 从池中获取10个连接后并一起关闭
connectionNumbers.stream().map(i -> pool.getResource()).collect(Collectors.toList())
        .forEach(Jedis::close);

System.out.println(String.format("active: %d", pool.getNumActive()));
System.out.println(String.format("idle: %d", pool.getNumIdle()));

// 等待5分钟 + 5秒钟(避免刚好卡在5分钟时间点)
Thread.sleep(Duration.ofMinutes(5).toMillis() + 5000);

System.out.println(LocalDateTime.now());
System.out.println(String.format("active: %d", pool.getNumActive()));
System.out.println(String.format("idle: %d", pool.getNumIdle()));

// 从Pool中取出10个连接,来进行redis操作
connectionNumbers.stream()
        .map(i -> pool.getResource())
        .collect(Collectors.toList())
        .forEach(resource -> {
            try {
                resource.get("key");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

结果如下:

确实发生了5次 Unexpected end of stream 异常。

写在最后

Jedis的连接池基于Apache Common中的连接池,大多数java中的连接池都是基于Apache。
所以该问题同样适用于常见的JDBC连接池。

关于TCP

可以发现,TCP协议"一厢情愿"总会出问题,更多时候得"你知我知"才能正常的使用。
TCP协议是真的很复杂的一个通信协议,不单单是三次握手4次挥手这么简单的内容。

posted @ 2019-09-16 09:20  抄袭者将变孤儿-KAnts  阅读(...)  评论(...编辑  收藏