一文让你掌握skynet，后端开发原来如此简单【建议收藏】
一、skynet是什么
云风的skynet，定义为一个游戏服务器框架，用c + lua基于Actor模型实现。代码极其精简，c部分的代码只有三千行左右。
整个skynet框架要解决的核心问题是：把一个消息（数据包）从一个服务（Actor）发送给另一个服务（Actor），并接收其返回。也就是在同一进程内（作者也强调并非只限于同一进程，因为可能会有集群间的通讯）的一个服务通过类似rpc之类的调用同一进程内的另外一个服务，并接收处理结果。而skynet就是处理这些服务间发送数据包的规则和正确性。
skynet的核心层全部是c来实现
当系统启动的时候，会得到一个提前分配好的节点id，我们称之为harbor id，这个id是集群用的，一个集群内可以启动很多个skynet节点，每个节点都会分配到唯一的id，一个节点（即一个进程）内有很多个服务，服务可以狭义地暂且理解为功能模块。
当初始化一个服务的时候，会生成一个skynet_context来作为服务的实例；一个唯一(即使是在集群里也是唯一)的服务handle，即服务的唯一id，用来识别服务；一个消息队列message_queue;还要向框架注册一个callback，当服务收到有发送来的消息时，通过这个方法传入。
初始化一个服务的代码如下：
struct skynet_context *
skynet_context_new(const char * name, const char *param) {
// 装载模块
struct skynet_module * mod = skynet_module_query(name);
if (mod == NULL)
return NULL;
void *inst = skynet_module_instance_create(mod);
if (inst == NULL)
return NULL;
// 初始化skynet_context实例
struct skynet_context * ctx = skynet_malloc(sizeof(*ctx));
CHECKCALLING_INIT(ctx)
ctx->mod = mod;
ctx->instance = inst;
ctx->ref = 2;
ctx->cb = NULL;
ctx->cb_ud = NULL;
ctx->session_id = 0;
ctx->logfile = NULL;
ctx->init = false;
ctx->endless = false;
// 初始化服务handle
// Should set to 0 first to avoid skynet_handle_retireall get an uninitialized handle
ctx->handle = 0;
ctx->handle = skynet_handle_register(ctx);
// 初始化消息队列
struct message_queue * queue = ctx->queue = skynet_mq_create(ctx->handle);
// init function maybe use ctx->handle, so it must init at last
context_inc();
CHECKCALLING_BEGIN(ctx)
int r = skynet_module_instance_init(mod, inst, ctx, param);
CHECKCALLING_END(ctx)
if (r == 0) {
struct skynet_context * ret = skynet_context_release(ctx);
if (ret) {
ctx->init = true;
}
skynet_globalmq_push(queue);
if (ret) {
skynet_error(ret, "LAUNCH %s %s", name, param ? param : "");
}
return ret;
} else {
skynet_error(ctx, "FAILED launch %s", name);
uint32_t handle = ctx->handle;
skynet_context_release(ctx);
skynet_handle_retire(handle);
struct drop_t d = { handle };
skynet_mq_release(queue, drop_message, &d);
return NULL;
}
}
在skynet_handle_register方法中生成一个服务handle，handle是一个32位的整数，在生成handle的时候，是把该节点的harbor id写到了handle的高8位里面，所以一个服务的handle，就可以知道这个服务是哪个节点的。
s->handle_index = handle + 1;
rwlock_wunlock(&s->lock);
handle |= s->harbor;
return handle;
所以说，harbor id最高也只有256个，也就意味着skynet集群最多只能有256个节点，而一个节点里最多也只能有24位个服务，即1.6M个。因为一个handle是32位的整数，高8位用来存储harbor id，只有低的24位用来分配给本节点的handle。
消息队列message_queue是用来存储发送给该服务的消息的。所有发送给该服务的消息，都要先压到该服务的消息队列中。
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服务启动起来了，来看看数据包是如何从一个服务发送给另一个服务的。来看看 skynet_send 和 callback 函数的定义：
int skynet_send(
struct skynet_context * context,
uint32_t source,
uint32_t destination,
int type,
int session,
void * msg,
size_t sz
);
typedef int (*skynet_cb)(
struct skynet_context * context,
void *ud,
int type,
int session,
uint32_t source ,
const void * msg,
size_t sz
);
ource和destination分别是发送方和接收方的handle。
type是发送方和接收方处理数据包的协议、session识别本次调用的口令，发送方发送一个消息后，保留该session，以便收到回应数据包时，能识别出是哪一次调用。
msg/sz是数据包的内容和长度，成对使用
- skynet 的消息调度
- skynet 维护了两级消息队列。
每个服务实体有一个私有的消息队列，队列中是一个个发送给它的消息。消息由四部分构成：
struct skynet_message {
uint32_t source;
int session;
void * data;
size_t sz;
};
向一个服务发送一个消息，就是把这样一个消息体压入这个服务的私有消息队列中。这个结构的值复制进消息队列的，但消息内容本身不做复制。
Skynet 维护了一个全局消息队列，里面放的是诸个不为空的次级消息队列。
在 Skynet 启动时，建立了若干工作线程（数量可配置），它们不断的从主消息列队中取出一个次级消息队列来，再从次级队列中取去一条消息，调用对应的服务的 callback 函数进行出来。为了调用公平，一次仅处理一条消息，而不是耗净所有消息（虽然那样的局部效率更高，因为减少了查询服务实体的次数，以及主消息队列进出的次数），这样可以保证没有服务会被饿死。这样，skynet就实现了把一个消息（数据包）从一个服务发送给另一个服务。
二、消息派发
这里云大的skynet已经很详细的介绍了，我就仅仅在这里略提一下。skynet 把消息分为不同的类别，不同类别的消息有不同的编码方式，若编写一个服务，你需要为此服务关注的消息类型注册 dispatch 函数用来接收此类别的消息。skynet 注册类别消息的 dispatch 函数有两种方式。
调用 skynet.register_protocol 注册。函数的参数是一个 table ，以"lua"类消息为例，里面有若干字段含义如下：
{
name = "lua", -- 消息组的字符串名称
id = skynet.PTYPE_LUA, -- 消息组的数字 id
pack = skynet.pack, -- 打包消息
unpack = skynet.unpack, -- 解包消息
dispatch = function(session, source, cmd, ...) ... end -- 消息回调/分发函数
}
指定了 table 中的 dispatch 字段，以后"lua"类消息到达时便会调用此函数。
调用 skynet.dispatch 函数注册。为此，云大给出了一个惯用写法，以"lua"类消息为例，如下：
local CMD = {}
skynet.dispatch("lua", function(session, source, cmd, ...)
local f = assert(CMD[cmd])
f(...)
end)
两种方式可以根据喜好选择，毕竟一个服务可能需要处理多种类型的消息，需要注册多个 dispatch 函数。
在 skynet 中用 Lua 编写一个服务必须调用 skynet.start 启动函数启动此服务:
function skynet.start(start_func)
c.callback(dispatch_message)
skynet.timeout(0, function()
init_service(start_func)
end)
end
skynet.start 其中在一个作用是调用 c.callback 函数把 skynet 框架的消息派发与你自定义的 dispatch 函数联系起来，这个联系的纽带就是 dispatch_message(skynet.lua) 函数。当服务的消息队列有消息到达时，框架从消息队列中取出消息经过一些转换调用到 dispatch_message 函数，然后 dispatch_message 函数根据协议类型调用相应的 dispatch 函数，最终到具体某条消息的处理函数。
三、消息执行
skynet 是基于服务的，服务间通过消息进行通信。实现方面 skynet 为每个服务创建一个 lua_State ，不同的服务 lua_State 是不同的，因此服务是相互独立互不影响的。对于消息，“skynet 的 lua 层会为每个请求创建一个独立的 coroutine”。经过上面一节，了解到消息会到达我们自定义的 dispatch 函数，此时进入了业务相关的代码逻辑中，我们只关注业务的逻辑而不关注底层消息如何到达这儿的。于是猜测应该是在 dispatch_message 函数中 skynet 会创建 coroutine 来具体处理某个消息。
然后，我们猜想消息执行流程大概应该是这样的：
- 一条消息到达，服务的主线程创建 coroutine 处理此消息，处理完后执行权回到主线程，继续下一条消息处理。
- 一条消息到达，服务的主线程创建 coroutine 处理此消息，假设此服务是 A ，此时创建的 coroutine 是 coA。A向另一个服务 B 发送一条消息并等待 B 的返回结果，A 才继续执行。这时最好的方式是对 coA做出标记让出执行，主线程继续处理其他消息，并根据标记判断接收的消息是不是派发到 coA 的，若是则再唤醒 coA 继续执行。
对于单个服务来说，弄清楚一条消息执行流程是这篇笔记的主要内容。
此外由于每条消息都运行在一个 coroutine 中，云大根据反馈对 coroutine 进行了回收再利用以此提升效率。
skynet 接口有非阻塞 API （如 skynet.ret）也有阻塞 API （如 skynet.call）。阻塞 API 也仅仅是阻塞调用此 API 的 coroutine ，服务本身并没有阻塞。这两个 API 刚好与上面猜测的消息执行流程相呼应，接下来以这两个 API 为例子来说明。顺便提一点，调用阻塞 API 时要防止一些问题。
上面提到 dispatch_message 会创建 coroutine 把消息派发到我们的自定义 dispatch 函数中。实际上完成任务是在函数 raw_dispatch_message 函数中。下面是简化版的函数实现：
local function raw_dispatch_message(prototype, msg, sz, session, source, ...)
-- skynet.PTYPE_RESPONSE = 1, read skynet.h
if prototype == 1 then -- “response” 类型消息，skynet 已自动处理
local co = session_id_coroutine[session]
session_id_coroutine[session] = nil
suspend(co, coroutine.resume(co, true, msg, sz))
else -- 其他类型消息派发到相应的 dispatch 函数
local p = assert(proto[prototype], prototype)
local f = p.dispatch -- 我们自定义的 dispatch 函数
if f then
local co = co_create(f) -- 创建 coroutine
session_coroutine_id[co] = session
session_coroutine_address[co] = source
suspend(co, coroutine.resume(co, session,source, p.unpack(msg,sz, ...)))
end
end
end
下面以 skynet 自带的例子 agent.lua 和 simpledb.lua 为例来进行说明，以 agent 服务 和 simpledb 服务分别指代这两个服务。agent 服务通过"client"类型协议处理客户端发送过来的请求，然后 agent 服务和 simpledb 服务通信获得结果，最后把结果发送到客户端。simpledb 服务最简单，接收消息计算结果并返回结果。
先以 simpledb 服务为例进行说明
local skynet = require "skynet"
local db = {}
local command = {}
function command.GET(key)
return db[key]
end
function command.SET(key, value)
local last = db[key]
db[key] = value
return last
end
skynet.start(function()
skynet.dispatch("lua", function(session, address, cmd, ...)
local f = command[string.upper(cmd)]
if f then
skynet.ret(skynet.pack(f(...)))
else
error(string.format("Unknown command %s", tostring(cmd)))
end
end)
skynet.register "SIMPLEDB" -- 注册名称，其他服务可以直接向此名称发送协议
end)
simpledb(line 17) 调用 skynet.dispatch 注册"lua"类型消息的 dispatch 函数，假设这个匿名函数叫 db_dispatch 。
假设 simpledb 接收到 agent 发送过来的"SET"消息。框架从 simpledb 消息队列中取出消息，经过一些调用代码执行到 raw_dispatch_message 函数。在 raw_dispatch_message(line 3) 进行 if 条件判断，这条"SET"消息的消息类型是"lua"，因此 prototype 是 10 ，代码这时执行到 else 分支，目的是为了创建 coroutine 调用 db_dispatch 函数。代码走到 raw_dispatch_message(line 11) 调用 co_create 函数，在能回收 coroutine 的情况下创建一个 coroutine ，让我们看看 co_create 实现。
local coroutine_pool = {} -- 存放 coroutine 对象的数组
local coroutine_yield = coroutine.yield -- 让出函数
local function co_create(f)
local co = table.remove(coroutine_pool) -- 先从数组中取出 coroutine ，从数组中删除是禁止此 coroutine 被其他消息使用
if co == nil then
co = coroutine.create(function(...)
f(...) -- 执行我们传入的函数
while true do
-- 执行完后回收 coroutine
f = nil
coroutine_pool[#coroutine_pool+1] = co
-- 让出执行，通知 main_thread 做些清理工作
-- coroutine 被唤醒后，代码会从下面的调用中返回并赋值 f 为我们需要执行的函数，然后继续执行
f = coroutine_yield "EXIT"
f(coroutine_yield()) -- 这里再次调用让出函数，是为了接收参数传递给 f
end
end)
else
coroutine.resume(co, f) -- 唤醒一个 coroutine ，并传入参数 f ，f 是我们想要执行的函数
end
return co
end
从使用的理念上，调用函数创建一个 coroutine 对象后，再调用 resume 函数，coroutine 便会执行，调用者无需关注这个 coroutine 是新创建的还是回收利用之前已经创建的。代码继续执行，走到raw_dispatch_message(line 14) ，正如预想的那样，代码先调用 coroutine.resume 启动 coroutine ，于是 dispatch 函数变得以执行。由于 coroutine 是回收利用的，实际在 raw_dispatch_message(line 14) 调用 coroutine.resume 时，coroutine 是分两种情况执行的，让我们回到 co_create 函数实现。
- 当调用 co_create ，coroutine_pool 没有 coroutine 时（此时有可能是服务刚启动数组中还没有coroutine ，也有可能创建的 coroutine 已经被用完了）此时会走到 co_create(line 7) ，创建一个新的coroutine 。然后调用 coroutine.resume 时，co_create(line 8)的代码会被执行，函数执行完后就要回收这个新创建的 co ，然后调用 coroutine_yield “EXIT” 让出执行，此时raw_dispatch_message(line 14) 调用的 coroutine.resume 函数返回，代码回到主线程，调用suspend 函数处理"EXIT"命令，suspend 函数执行完后，raw_dispatch_message函数也执行完毕，本次消息也就执行完毕。
- 当调用 co_create ，coroutine_pool 中有剩余的 coroutine 时，此时便会利用这个 coroutine 。代码执行到 co_create(line 20) ，这里调用 coroutine.resume 唤醒这个之前已经让出执行的coroutine ，然后在 co_create(line 15) 对 coroutine_yield 的调用会返回，并赋值 f，这样做的目的是为了传入我们要执行的函数 f 。然后执行到 line 16 再次调用 coroutine_yield，这次目的是为了接收函数参数。最后在 raw_dispatch_message(line 14) 调用 coroutine.resume时，coroutine 第二次被唤醒，在 co_create(line 16) coroutine_yield 会返回并返回 resume传入的参数，这样我们想要执行的函数便得到执行。执行后这是一个 while 死循环，代码走到 co_create(11) 开始回收这个coroutine ，然后调用 coroutine_yield “EXIT” 让出执行（接下来的执行同上），消息执行完毕。
分析了 co_create 函数，让我们回到正题。此时是 simpledb 服务，代码执行raw_dispatch_message(line 14) ，coroutine 被执行，db_dispatch 函数被调用，此时代码走到 simpledb(line 18) 然后 command.SET 函数被调用，紧接着调用 skynet.ret 返回结果。
skynet.ret 实现如下：
function skynet.ret(msg, sz)
2 msg = msg or ""
3 return coroutine_yield("RETURN", msg, sz)
4 end
在 skynet.ret 函数中会调用 coroutine_yield ，此时 coroutine 会让出执行，执行权回到主线程 main_thread 。不要晕，千万不要晕：）现在代码再次回到 raw_dispatch_message(line 14) ，此时 coroutine.resume 函数返回并返回了 4 个参数：true, “RETURN”, msg, sz ，其中 msg, sz 是要发送回去的消息。接着便调用 suspend 函数处理"RETURN"命令。下面看一下简化版的 suspend 代码。
function suspend(co, result, command, param, size)
if command == "CALL" then
session_id_coroutine[param] = co -- 记录下此 coroutine ，接收到"response"消息时获取
elseif command == "RETURN" then
local co_session = session_coroutine_id[co]
local co_address = session_coroutine_address[co]
ret = c.send(co_address, skynet.PTYPE_RESPONSE, co_session, param, size)
return suspend(co, coroutine.resume(co, ret))
elseif command == "EXIT" then
-- coroutine exit
local address = session_coroutine_address[co]
release_watching(address)
session_coroutine_id[co] = nil
session_coroutine_address[co] = nil
session_response[co] = nil
end
end
再次强调一下，此时代码走到 suspend ，这是在主线程执行的，然后处理"RETURN"命令，发送消息到 agent 服务。这里发现原来调用 skynet.ret 返回消息时实际的消息发送是在主线程执行的。紧接着代码走到 suspend(line 8) ，再次调用 coroutine.resume ，此时执行权回到 coroutine ，回到 skynet.ret 函数中，在 skynet.ret(line 3) coroutine_yield 返回后，skynet.ret 函数也已经返回，执行权还是在 coroutine ，代码此时走到 simpledb(line 20) skynet.ret 的返回，db_dispatch 函数也已经执行完并返回，此时 simpledb 已经对"SET"消息处理完毕，这时就相当于 co_create 中的 f 函数执行完毕，下面就是 coroutine 的回收，参考 co_create 说明。OK ，到了这里 simpledb 处理"SET"消息，我们已经分析完毕，看起来很绕，其实也蛮清晰的。我们来总结一下 simpledb 处理"SET"消息在主线程和 coroutine 经历了哪些切换（忽略 co_create 利用回收的 cocoutine 时做的切换）：
(raw_dispatch_message 函数) 主线程 -> (db_dispatch 函数) coroutine: skynet.ret 调用 coroutine_yield"RETURN" 让出执行 -> (suspend 函数，在 raw_dispatch_message(line 14) 被调用) 主线程: 处理"RETURN"，并再次 resume -> coroutine: skynet.ret 返回，db_dispatch 函数返回，调用coroutine_yield"EXIT" 让出执行 -> (suspend 函数，在suspend(line 8) 被调用) 主线程: 处理"EXIT"，suspend 函数返回，raw_dispatch_message 函数返回 -> 消息执行完毕。
以 agent 服务为例说明 skynet.call 调用。
上面解释了 simpledb 处理"SET"消息的流程，这条消息实际上是 agent 服务发送过去的，agent 也是接收到"client"类型的"set"。
agent 简化版代码如下：
local skynet = require "skynet"
local netpack = require "netpack"
local socket = require "socket"
local sproto = require "sproto"
local sprotoloader = require "sprotoloader"
local host
local send_request
local CMD = {}
local REQUEST = {}
local client_fd
function REQUEST:set()
print("set", self.what, self.value)
local r = skynet.call("SIMPLEDB", "lua", "set", self.what, self.value)
end
local function request(name, args, response)
local f = assert(REQUEST[name])
local r = f(args)
if response then
return response(r)
end
end
local function send_package(pack)
local package = string.pack(">s2", pack)
socket.write(client_fd, package)
end
skynet.register_protocol {
name = "client",
id = skynet.PTYPE_CLIENT,
unpack = function (msg, sz)
return host:dispatch(msg, sz)
end,
dispatch = function (_, _, type, ...) -- "client" 类型消息 dispatch 函数
if type == "REQUEST" then
local ok, result = pcall(request, ...)
if ok then
if result then
send_package(result)
end
else
skynet.error(result)
end
else
assert(type == "RESPONSE")
error "This example doesn't support request client"
end
end
}
skynet.start(function()
skynet.dispatch("lua", function(_,_, command, ...)
local f = CMD[command]
skynet.ret(skynet.pack(f(...)))
end)
end)
看见代码发现 agent 服务处理两种类型的消息：“lua"和"client”。这里我们关注的是"client"消息，"client"消息的 dispatch 函数是调用 skynet.register_protocol 设置的，赋值给 dispatch 一个匿名函数，假设这个匿名函数叫 ag_client_dispatch 。当接收到客户端发送来的"set"消息（这里先不管那些不懂的函数，我们此时只关注执行流程），便会调用 REQUEST:set 函数，然后调用 skynet.call 向 simpledb 发送"set"消息，阅读 skynet 文档说 skynet.call 是阻塞的（阻塞调用 skynet.call 的coroutine），我们来看一下是如何阻塞的。
先看一下简化的 skynet.call 代码：
local function yield_call(service, session)
local succ, msg, sz = coroutine_yield("CALL", session)
return msg,sz
end
function skynet.call(addr, typename, ...)
local p = proto[typename]
local session = c.send(addr, p.id , nil , p.pack(...))
if session == nil then
error("call to invalid address " .. skynet.address(addr))
end
return p.unpack(yield_call(addr, session))
end
阅读发现 skynet.call 和 skynet.ret 有一些相似，不同的是 skynet.call 调用 coroutine_yield 传入的是"CALL"，然后执行权回到主线程 suspend 函数，阅读 suspend 函数（千万别晕）代码发现此时仅仅是记录了 coroutine ，然后就返回了。 神马？神马？神马？suspend 函数没有做其他的事情就返回了，我们的 agent 服务对"set"消息的处理追踪定格在了 skynet.call(line 2) 行，当前这个 coroutine 未被回收，而是被标记了，然后本次 agent 对"set"消息的处理也就完毕了。
当 simpledb 接收到"set"消息并处理完，然后调用 skynet.ret 返回结果时，阅读 suspend(line 7) 此时给 agent 服务发送了一个类型为 1 的"lua"类型的消息。之后 agent 服务接收到此消息时，agent 服务主线程执行到函数 raw_dispatch_message ，由于 prototype 为 1 ，此时走到了 raw_dispatch_message(line 6) ，找到了上次标记的 coroutine ，并调用 resume 唤醒这个 coroutine 并传入了接收到的 msg 和 sz（这实际是 simpledb 服务发送来的），接着代码执行权来到 coroutine ，来到 skynet.call(line 2) ，coroutine_yield 函数返回并返回了接收到的消息。然后 skynet.call 函数执行完毕，执行权依旧是在 coroutine 中，然后回到 agent(line 16) ，接着继续执行，ag_client_dispatch 执行完毕，然后进行 coroutine 的回收，调用 coroutine_yield"EXIT" ，coroutine 也就执行完毕，执行权回到主线程，raw_dispatch_message(line 6) 行继续调用suspend 并传入"EXIT"命令，suspend 执行完后，raw_dispatch_message 也就执行完毕了，agent 对"set"消息的处理也终于结束了。总结一下：调用 skynet.call 导致 coroutine 被中间执行中断，等结果到达时（框架从 agent 服务消息队列取得相应的消息）才会从中断处继续执行。流程是这样的：
1) 第一次。
(raw_dispatch_message 函数) 主线程 -> (ag_client_dispatch 函数) coroutine: skynet.call 调用 coroutine_yield"CALL" 让出执行 -> (suspend 函数，在 raw_dispatch_message(line 14) 被调用) 主线程: 处理"CALL"，suspend 函数返回，raw_dispatch_message 函数返回 -> 消息执行完毕。
2)第二次。
(raw_dispatch_message 函数) 主线程 -> coroutine: skynet.call(line 2) ，skynet.call 函数返回，ag_client_dispatch 函数返回，调用coroutine_yield"EXIT" 让出执行 -> (suspend 函数，在 raw_dispatch_message(line 6) 被调用) 主线程: 处理"EXIT"，suspend 函数返回，raw_dispatch_message 函数返回 -> 消息执行完毕。
四、总结
大体上 coroutine 的执行流程就是这样的。我们始终保持一个理念：skynet 为每个服务创建一个 lua_State ，skynet 为每个消息的执行创建一个 coroutine ，阻塞 API 阻塞的是当前 coroutine ，服务本身不会被阻塞，可以继续处理其他消息。
代码取自skynet-v1.0.0-alpha，因为代码以后有可能变动，这里是以 1.0-alpha 为基准分析的。一次性打字描述好多函数调用有可能会描述错误（而且打字并没有那么直观：）），有错误的话，欢迎评论指出，我来修改。
