1 层次结构

负责进行网络IO请求的是NetworkClient，主要层次结构如下

kafka生产者发送消息 kafka生产者发送消息net_List

ClusterConnectionStates报存了每个节点的状态，以node为key，以node的状态为value；inFlightRequets中保存了每个节点已经发送的请求，但是还没有返回的请求，以node为key，以List<ClientRequest>为value。inFlightRequets从名字也可以看出，表示“正在空中飞”的请求。

2 如何保证每次只发送一个请求

sender线程启动后，如果RecordBatch中有消息，会将消息按照所在节点重新排列，每个节点会创建一个ClientRequest，用来发送，每个节点每次只能发送一个ClientRequest,如下
KafkaChannel#setSend(..)

public void setSend(Send send) {
        if (this.send != null) // 如果已经有send，会抛出异常
            throw new IllegalStateException("Attempt to begin a send operation with prior send operation still in progress.");
        this.send = send;
        this.transportLayer.addInterestOps(SelectionKey.OP_WRITE);
 }

那么kafka是如何保证避免setSend的时候KafkaChannel中已经没有send了呢，这个关键就是在sender线程中会调用NetworkClient#ready(..)，会将没有ready的节点去除掉，从而不会在该节点上setSend：

while (iter.hasNext()) {
            Node node = iter.next();
            if (!this.client.ready(node, now)) { // 关键
                iter.remove();
                notReadyTimeout = Math.min(notReadyTimeout, this.client.connectionDelay(node, now));
            }
}

3 NetworkClient#ready(..)

NetworkClient#ready(..)检查节点是否准备好，从而决定是否可以将消息封装成ClientRequest放到KafkaChannel上。

public boolean ready(Node node, long now) {
        if (node.isEmpty())
            throw new IllegalArgumentException("Cannot connect to empty node " + node);

        if (isReady(node, now)) // 关键
            return true;

        if (connectionStates.canConnect(node.idString(), now))
            initiateConnect(node, now);

        return false;
    }

我们来分析下isReady

public boolean isReady(Node node, long now) {
        return !metadataUpdater.isUpdateDue(now) && canSendRequest(node.idString());
    }

isReady主要两个条件，一个是判断metadata是否到了更新的时候了，如果metadata需要更新，那么就不发送本次请求，也就是metadata更新优先级高。第二个是判断这个节点是否canSendRequest。

private boolean canSendRequest(String node) {
        return connectionStates.isConnected(node) && selector.isChannelReady(node) 
        && inFlightRequests.canSendMore(node); // 重点
    }

inFlightRequests保存的是“正在空中飞”的请求

public boolean canSendMore(String node) {
        Deque<ClientRequest> queue = requests.get(node);
        return queue == null || queue.isEmpty() ||
               (queue.peekFirst().request().completed() && queue.size() < this.maxInFlightRequestsPerConnection);
    }

满足以下几个条件，表示可以继续send

  1. queue是空，即该节点没有“正在空中飞”的request
  2. queue不为空。queue中排在最开头的request已经completed 并且queue的大小小于允许的最大值。如何理解呢？queue是一个双端队列，每次add的时候都会在queue的头部插入，所以queue中第一个就是正在发送的，同样也是KafkaChannel中的send。只有当send发送到网络中的时候才可以继续发送。这就保证了前面说的“如何保证每次只发送一个请求”。

4 inFlightRequests

inFlightRequests保存了"正在空中飞"的请求，所谓“正在空中飞”的意思就是request已经发送到了网络上，但是服务端还没有回ack。NetworkClient#doSend会往inFlightRequests头部放置一个request，同时会在KafkaChannel中放置一个request.send。

public void add(ClientRequest request) {
        Deque<ClientRequest> reqs = this.requests.get(request.request().destination());
        if (reqs == null) {
            reqs = new ArrayDeque<>();
            this.requests.put(request.request().destination(), reqs);
        }
        reqs.addFirst(request); // 重点，插入到头部
    }

5 Selector#pollSelectionKeys

Selector#pollSelectionKeys用来处理读写事件。先看写事件

if (channel.ready() && key.isWritable()) {
                    Send send = channel.write();
                    if (send != null) {
                        this.completedSends.add(send); // 请求写完了会放到completedSends中
                        this.sensors.recordBytesSent(channel.id(), send.size());
                    }
                }

往网络中写的时候，会调用KafkaChannel#write来写。

public Send write() throws IOException {
        Send result = null;
        if (send != null && send(send)) {
            result = send;
            send = null; // kafkaChannel中的send被置为null，这时候新的request可以发送了
        }
        return result;
    }
private boolean send(Send send) throws IOException {
        send.writeTo(transportLayer);
        if (send.completed())
            transportLayer.removeInterestOps(SelectionKey.OP_WRITE);

        return send.completed();
    }

发送可能一次不能完全发送完毕，需要发送好几次才能将request全部发送到网络上，只有这个request发送完毕了才能将KafkaChannel中的send置为null，新的request才可以setSend。但此时inFlightRequests并没有移除该request，也就是说该request还在"飞"，但是新的request可以添加。发送完毕后会将channel的SelectionKey.OP_WRITE移除，没有发送完毕不会移除，下次轮询的时候该节点没有ready，不会添加新的request，会继续发送没有发完的request。

对于ack=0，不要求服务端ack就表示发送成功。该处理是在NetworkClient#handleCompletedSends(..)中进行的

private void handleCompletedSends(List<ClientResponse> responses, long now) {
        // if no response is expected then when the send is completed, return it
        for (Send send : this.selector.completedSends()) {
            ClientRequest request = this.inFlightRequests.lastSent(send.destination());
            if (!request.expectResponse()) { // ack = 0不需要服务端response
                this.inFlightRequests.completeLastSent(send.destination()); // request从inFlightRequests中移除，表示此次请求完毕
                responses.add(new ClientResponse(request, now, false, null));
            }
        }
    }

对于ack !=0 ，则要求服务端ack才表示发送成功，该处理是在
NetworkClient#handleCompletedReceives(..)中进行

private void handleCompletedReceives(List<ClientResponse> responses, long now) {
        for (NetworkReceive receive : this.selector.completedReceives()) {
            String source = receive.source();
            ClientRequest req = inFlightRequests.completeNext(source);
            Struct body = parseResponse(receive.payload(), req.request().header());
            if (!metadataUpdater.maybeHandleCompletedReceive(req, now, body))
                responses.add(new ClientResponse(req, now, false, body));
        }
    }