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備注：

如果您此前未接觸過(guò)RocketMQ，請(qǐng)先閱讀附錄部分，以便了解RocketMQ的整體架構(gòu)和相關(guān)術(shù)語(yǔ)
文中的MQServer與Broker表示同一概念

分布式消息系統(tǒng)作為實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)可擴(kuò)展、可伸縮性的關(guān)鍵組件，需要具有高吞吐量、高可用等特點(diǎn)。而談到消息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就回避不了兩個(gè)問(wèn)題：

消息的順序問(wèn)題

消息的重復(fù)問(wèn)題

RocketMQ作為阿里開源的一款高性能、高吞吐量的消息中間件，它是怎樣來(lái)解決這兩個(gè)問(wèn)題的？RocketMQ 有哪些關(guān)鍵特性？其實(shí)現(xiàn)原理是怎樣的？

關(guān)鍵特性以及其實(shí)現(xiàn)原理

一、順序消息

消息有序指的是一類消息消費(fèi)時(shí)，能按照發(fā)送的順序來(lái)消費(fèi)。例如：一個(gè)訂單產(chǎn)生了 3 條消息，分別是訂單創(chuàng)建、訂單付款、訂單完成。消費(fèi)時(shí)，要按照這個(gè)順序消費(fèi)才有意義。但同時(shí)訂單之間又是可以并行消費(fèi)的。

假如生產(chǎn)者產(chǎn)生了2條消息：M1、M2，要保證這兩條消息的順序，應(yīng)該怎樣做？你腦中想到的可能是這樣：

image

你可能會(huì)采用這種方式保證消息順序

M1發(fā)送到S1后，M2發(fā)送到S2，如果要保證M1先于M2被消費(fèi)，那么需要M1到達(dá)消費(fèi)端后，通知S2，然后S2再將M2發(fā)送到消費(fèi)端。

這個(gè)模型存在的問(wèn)題是，如果M1和M2分別發(fā)送到兩臺(tái)Server上，就不能保證M1先達(dá)到，也就不能保證M1被先消費(fèi)，那么就需要在MQ Server集群維護(hù)消息的順序。那么如何解決？一種簡(jiǎn)單的方式就是將M1、M2發(fā)送到同一個(gè)Server上：

image

保證消息順序，你改進(jìn)后的方法

這樣可以保證M1先于M2到達(dá)MQServer（客戶端等待M1成功后再發(fā)送M2），根據(jù)先達(dá)到先被消費(fèi)的原則，M1會(huì)先于M2被消費(fèi)，這樣就保證了消息的順序。

這個(gè)模型，理論上可以保證消息的順序，但在實(shí)際運(yùn)用中你應(yīng)該會(huì)遇到下面的問(wèn)題：

image

網(wǎng)絡(luò)延遲問(wèn)題

只要將消息從一臺(tái)服務(wù)器發(fā)往另一臺(tái)服務(wù)器，就會(huì)存在網(wǎng)絡(luò)延遲問(wèn)題。如上圖所示，如果發(fā)送M1耗時(shí)大于發(fā)送M2的耗時(shí)，那么M2就先被消費(fèi)，仍然不能保證消息的順序。即使M1和M2同時(shí)到達(dá)消費(fèi)端，由于不清楚消費(fèi)端1和消費(fèi)端2的負(fù)載情況，仍然有可能出現(xiàn)M2先于M1被消費(fèi)。如何解決這個(gè)問(wèn)題？將M1和M2發(fā)往同一個(gè)消費(fèi)者即可，且發(fā)送M1后，需要消費(fèi)端響應(yīng)成功后才能發(fā)送M2。

但又會(huì)引入另外一個(gè)問(wèn)題，如果發(fā)送M1后，消費(fèi)端1沒(méi)有響應(yīng)，那是繼續(xù)發(fā)送M2呢，還是重新發(fā)送M1？一般為了保證消息一定被消費(fèi)，肯定會(huì)選擇重發(fā)M1到另外一個(gè)消費(fèi)端2，就如下圖所示。

image

保證消息順序的正確姿勢(shì)

這樣的模型就嚴(yán)格保證消息的順序，細(xì)心的你仍然會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，消費(fèi)端1沒(méi)有響應(yīng)Server時(shí)有兩種情況，一種是M1確實(shí)沒(méi)有到達(dá)，另外一種情況是消費(fèi)端1已經(jīng)響應(yīng)，但是Server端沒(méi)有收到。如果是第二種情況，重發(fā)M1，就會(huì)造成M1被重復(fù)消費(fèi)。也就是我們后面要說(shuō)的第二個(gè)問(wèn)題，消息重復(fù)問(wèn)題。

回過(guò)頭來(lái)看消息順序問(wèn)題，嚴(yán)格的順序消息非常容易理解，而且處理問(wèn)題也比較容易，要實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的順序消息，簡(jiǎn)單且可行的辦法就是：

保證生產(chǎn)者 - MQServer - 消費(fèi)者是一對(duì)一對(duì)一的關(guān)系

但是這樣設(shè)計(jì)，并行度就成為了消息系統(tǒng)的瓶頸（吞吐量不夠），也會(huì)導(dǎo)致更多的異常處理，比如：只要消費(fèi)端出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)處理流程阻塞，我們不得不花費(fèi)更多的精力來(lái)解決阻塞的問(wèn)題。

但我們的最終目標(biāo)是要集群的高容錯(cuò)性和高吞吐量。這似乎是一對(duì)不可調(diào)和的矛盾，那么阿里是如何解決的？

世界上解決一個(gè)計(jì)算機(jī)問(wèn)題最簡(jiǎn)單的方法：“恰好”不需要解決它！—— 沈詢

有些問(wèn)題，看起來(lái)很重要，但實(shí)際上我們可以通過(guò)合理的設(shè)計(jì)或者將問(wèn)題分解來(lái)規(guī)避。如果硬要把時(shí)間花在解決它們身上，實(shí)際上是浪費(fèi)的，效率低下的。從這個(gè)角度來(lái)看消息的順序問(wèn)題，我們可以得出兩個(gè)結(jié)論：

1、不關(guān)注亂序的應(yīng)用實(shí)際大量存在

2、隊(duì)列無(wú)序并不意味著消息無(wú)序

最后我們從源碼角度分析RocketMQ怎么實(shí)現(xiàn)發(fā)送順序消息。

一般消息是通過(guò)輪詢所有隊(duì)列來(lái)發(fā)送的（負(fù)載均衡策略），順序消息可以根據(jù)業(yè)務(wù)，比如說(shuō)訂單號(hào)相同的消息發(fā)送到同一個(gè)隊(duì)列。下面的示例中，OrderId相同的消息，會(huì)發(fā)送到同一個(gè)隊(duì)列：

// RocketMQ默認(rèn)提供了兩種MessageQueueSelector實(shí)現(xiàn)：隨機(jī)/Hash

SendResult sendResult = producer.send(msg, new MessageQueueSelector() {

@Override

public MessageQueue select(List mqs, Message msg, Object arg) {

Integer id = (Integer) arg;

int index = id % mqs.size();

return mqs.get(index);

}

}, orderId);

在獲取到路由信息以后，會(huì)根據(jù)MessageQueueSelector實(shí)現(xiàn)的算法來(lái)選擇一個(gè)隊(duì)列，同一個(gè)OrderId獲取到的隊(duì)列是同一個(gè)隊(duì)列。

private SendResult send() {

// 獲取topic路由信息

TopicPublishInfo topicPublishInfo = this.tryToFindTopicPublishInfo(msg.getTopic());

if (topicPublishInfo != null && topicPublishInfo.ok()) {

MessageQueue mq = null;

// 根據(jù)我們的算法，選擇一個(gè)發(fā)送隊(duì)列

// 這里的arg = orderId

mq = selector.select(topicPublishInfo.getMessageQueueList(), msg, arg);

if (mq != null) {

return this.sendKernelImpl(msg, mq, communicationMode, sendCallback, timeout);

}

二、消息重復(fù)

上面在解決消息順序問(wèn)題時(shí)，引入了一個(gè)新的問(wèn)題，就是消息重復(fù)。那么RocketMQ是怎樣解決消息重復(fù)的問(wèn)題呢？還是“恰好”不解決。

造成消息的重復(fù)的根本原因是：網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)。只要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)，就無(wú)法避免這個(gè)問(wèn)題。所以解決這個(gè)問(wèn)題的辦法就是不解決，轉(zhuǎn)而繞過(guò)這個(gè)問(wèn)題。那么問(wèn)題就變成了：如果消費(fèi)端收到兩條一樣的消息，應(yīng)該怎樣處理？

1、消費(fèi)端處理消息的業(yè)務(wù)邏輯保持冪等性

2、保證每條消息都有唯一編號(hào)且保證消息處理成功與去重表的日志同時(shí)出現(xiàn)

第1條很好理解，只要保持冪等性，不管來(lái)多少條重復(fù)消息，最后處理的結(jié)果都一樣。第2條原理就是利用一張日志表來(lái)記錄已經(jīng)處理成功的消息的ID，如果新到的消息ID已經(jīng)在日志表中，那么就不再處理這條消息。

我們可以看到第1條的解決方式，很明顯應(yīng)該在消費(fèi)端實(shí)現(xiàn)，不屬于消息系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能。第2條可以消息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，也可以業(yè)務(wù)端實(shí)現(xiàn)。正常情況下出現(xiàn)重復(fù)消息的概率不一定大，且由消息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的話，肯定會(huì)對(duì)消息系統(tǒng)的吞吐量和高可用有影響，所以最好還是由業(yè)務(wù)端自己處理消息重復(fù)的問(wèn)題，這也是RocketMQ不解決消息重復(fù)的問(wèn)題的原因。

RocketMQ不保證消息不重復(fù)，如果你的業(yè)務(wù)需要保證嚴(yán)格的不重復(fù)消息，需要你自己在業(yè)務(wù)端去重。

三、事務(wù)消息

RocketMQ除了支持普通消息，順序消息，另外還支持事務(wù)消息。首先討論一下什么是事務(wù)消息以及支持事務(wù)消息的必要性。我們以一個(gè)轉(zhuǎn)帳的場(chǎng)景為例來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題：Bob向Smith轉(zhuǎn)賬100塊。

在單機(jī)環(huán)境下，執(zhí)行事務(wù)的情況，大概是下面這個(gè)樣子：

image

單機(jī)環(huán)境下轉(zhuǎn)賬事務(wù)示意圖

當(dāng)用戶增長(zhǎng)到一定程度，Bob和Smith的賬戶及余額信息已經(jīng)不在同一臺(tái)服務(wù)器上了，那么上面的流程就變成了這樣：

image

集群環(huán)境下轉(zhuǎn)賬事務(wù)示意圖

這時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)，同樣是一個(gè)轉(zhuǎn)賬的業(yè)務(wù)，在集群環(huán)境下，耗時(shí)居然成倍的增長(zhǎng)，這顯然是不能夠接受的。那我們?nèi)绾蝸?lái)規(guī)避這個(gè)問(wèn)題？

大事務(wù) = 小事務(wù) + 異步

將大事務(wù)拆分成多個(gè)小事務(wù)異步執(zhí)行。這樣基本上能夠?qū)⒖鐧C(jī)事務(wù)的執(zhí)行效率優(yōu)化到與單機(jī)一致。轉(zhuǎn)賬的事務(wù)就可以分解成如下兩個(gè)小事務(wù)：

image

小事務(wù)+異步消息

圖中執(zhí)行本地事務(wù)（Bob賬戶扣款）和發(fā)送異步消息應(yīng)該保持同時(shí)成功或者失敗中，也就是扣款成功了，發(fā)送消息一定要成功，如果扣款失敗了，就不能再發(fā)送消息。那問(wèn)題是：我們是先扣款還是先發(fā)送消息呢？

首先我們看下，先發(fā)送消息，大致的示意圖如下：

image

事務(wù)消息：先發(fā)送消息

存在的問(wèn)題是：如果消息發(fā)送成功，但是扣款失敗，消費(fèi)端就會(huì)消費(fèi)此消息，進(jìn)而向Smith賬戶加錢。

先發(fā)消息不行，那我們就先扣款唄，大致的示意圖如下：

image

事務(wù)消息-先扣款

存在的問(wèn)題跟上面類似：如果扣款成功，發(fā)送消息失敗，就會(huì)出現(xiàn)Bob扣錢了，但是Smith賬戶未加錢。

可能大家會(huì)有很多的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，比如：直接將發(fā)消息放到Bob扣款的事務(wù)中去，如果發(fā)送失敗，拋出異常，事務(wù)回滾。這樣的處理方式也符合“恰好”不需要解決的原則。RocketMQ支持事務(wù)消息，下面我們來(lái)看看RocketMQ是怎樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

image

RocketMQ實(shí)現(xiàn)發(fā)送事務(wù)消息

RocketMQ第一階段發(fā)送Prepared消息時(shí)，會(huì)拿到消息的地址，第二階段執(zhí)行本地事物，第三階段通過(guò)第一階段拿到的地址去訪問(wèn)消息，并修改狀態(tài)。細(xì)心的你可能又發(fā)現(xiàn)問(wèn)題了，如果確認(rèn)消息發(fā)送失敗了怎么辦？RocketMQ會(huì)定期掃描消息集群中的事物消息，這時(shí)候發(fā)現(xiàn)了Prepared消息，它會(huì)向消息發(fā)送者確認(rèn)，Bob的錢到底是減了還是沒(méi)減呢？如果減了是回滾還是繼續(xù)發(fā)送確認(rèn)消息呢？RocketMQ會(huì)根據(jù)發(fā)送端設(shè)置的策略來(lái)決定是回滾還是繼續(xù)發(fā)送確認(rèn)消息。這樣就保證了消息發(fā)送與本地事務(wù)同時(shí)成功或同時(shí)失敗。

那我們來(lái)看下RocketMQ源碼，是不是這樣來(lái)處理事務(wù)消息的?？蛻舳税l(fā)送事務(wù)消息的部分（完整代碼請(qǐng)查看：rocketmq-example工程下的com.alibaba.rocketmq.example.transaction.TransactionProducer）：

// 未決事務(wù)，MQ服務(wù)器回查客戶端

// 也就是上文所說(shuō)的，當(dāng)RocketMQ發(fā)現(xiàn)Prepared消息時(shí)，會(huì)根據(jù)這個(gè)Listener實(shí)現(xiàn)的策略來(lái)決斷事務(wù)

TransactionCheckListener transactionCheckListener = new TransactionCheckListenerImpl();

// 構(gòu)造事務(wù)消息的生產(chǎn)者

TransactionMQProducer producer = new TransactionMQProducer("groupName");

// 設(shè)置事務(wù)決斷處理類

producer.setTransactionCheckListener(transactionCheckListener);

// 本地事務(wù)的處理邏輯，相當(dāng)于示例中檢查Bob賬戶并扣錢的邏輯

TransactionExecuterImpl tranExecuter = new TransactionExecuterImpl();

producer.start()

// 構(gòu)造MSG，省略構(gòu)造參數(shù)

Message msg = new Message(......);

// 發(fā)送消息

SendResult sendResult = producer.sendMessageInTransaction(msg, tranExecuter, null);

producer.shutdown();

接著查看sendMessageInTransaction方法的源碼，總共分為3個(gè)階段：發(fā)送Prepared消息、執(zhí)行本地事務(wù)、發(fā)送確認(rèn)消息。

public TransactionSendResult sendMessageInTransaction(.....) {

// 邏輯代碼，非實(shí)際代碼

// 1.發(fā)送消息

sendResult = this.send(msg);

// sendResult.getSendStatus() == SEND_OK

// 2.如果消息發(fā)送成功，處理與消息關(guān)聯(lián)的本地事務(wù)單元

LocalTransactionState localTransactionState = tranExecuter.executeLocalTransactionBranch(msg, arg);

// 3.結(jié)束事務(wù)

this.endTransaction(sendResult, localTransactionState, localException);

}

endTransaction方法會(huì)將請(qǐng)求發(fā)往broker(mq server)去更新事物消息的最終狀態(tài)：

根據(jù)sendResult找到Prepared消息

根據(jù)localTransaction更新消息的最終狀態(tài)

如果endTransaction方法執(zhí)行失敗，導(dǎo)致數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)送到broker，broker會(huì)有回查線程定時(shí)（默認(rèn)1分鐘）掃描每個(gè)存儲(chǔ)事務(wù)狀態(tài)的表格文件，如果是已經(jīng)提交或者回滾的消息直接跳過(guò)，如果是prepared狀態(tài)則會(huì)向Producer發(fā)起CheckTransaction請(qǐng)求，Producer會(huì)調(diào)用DefaultMQProducerImpl.checkTransactionState()方法來(lái)處理broker的定時(shí)回調(diào)請(qǐng)求，而checkTransactionState會(huì)調(diào)用我們的事務(wù)設(shè)置的決斷方法，最后調(diào)用endTransactionOneway讓broker來(lái)更新消息的最終狀態(tài)。

再回到轉(zhuǎn)賬的例子，如果Bob的賬戶的余額已經(jīng)減少，且消息已經(jīng)發(fā)送成功，Smith端開始消費(fèi)這條消息，這個(gè)時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)消費(fèi)失敗和消費(fèi)超時(shí)兩個(gè)問(wèn)題？解決超時(shí)問(wèn)題的思路就是一直重試，直到消費(fèi)端消費(fèi)消息成功，整個(gè)過(guò)程中有可能會(huì)出現(xiàn)消息重復(fù)的問(wèn)題，按照前面的思路解決即可。

image

消費(fèi)事務(wù)消息

這樣基本上可以解決超時(shí)問(wèn)題，但是如果消費(fèi)失敗怎么辦？阿里提供給我們的解決方法是：人工解決。大家可以考慮一下，按照事務(wù)的流程，因?yàn)槟撤N原因Smith加款失敗，需要回滾整個(gè)流程。如果消息系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)這個(gè)回滾流程的話，系統(tǒng)復(fù)雜度將大大提升，且很容易出現(xiàn)Bug，估計(jì)出現(xiàn)Bug的概率會(huì)比消費(fèi)失敗的概率大很多。我們需要衡量是否值得花這么大的代價(jià)來(lái)解決這樣一個(gè)出現(xiàn)概率非常小的問(wèn)題，這也是大家在解決疑難問(wèn)題時(shí)需要多多思考的地方。

20160321補(bǔ)充：在3.2.6版本中移除了事務(wù)消息的實(shí)現(xiàn)，所以此版本不支持事務(wù)消息，具體情況請(qǐng)參考rocketmq的issues：

https://github.com/alibaba/RocketMQ/issues/65

https://github.com/alibaba/RocketMQ/issues/138

https://github.com/alibaba/RocketMQ/issues/156

四、Producer如何發(fā)送消息

Producer輪詢某topic下的所有隊(duì)列的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送方的負(fù)載均衡，如下圖所示：

image

producer發(fā)送消息負(fù)載均衡

首先分析一下RocketMQ的客戶端發(fā)送消息的源碼：

// 構(gòu)造Producer

DefaultMQProducer producer = new DefaultMQProducer("ProducerGroupName");

// 初始化Producer，整個(gè)應(yīng)用生命周期內(nèi)，只需要初始化1次

producer.start();

// 構(gòu)造Message

Message msg = new Message("TopicTest1",// topic

"TagA",// tag：給消息打標(biāo)簽,用于區(qū)分一類消息，可為null

"OrderID188",// key：自定義Key，可以用于去重，可為null

("Hello MetaQ").getBytes());// body：消息內(nèi)容

// 發(fā)送消息并返回結(jié)果

SendResult sendResult = producer.send(msg);

// 清理資源，關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接，注銷自己

producer.shutdown();

在整個(gè)應(yīng)用生命周期內(nèi)，生產(chǎn)者需要調(diào)用一次start方法來(lái)初始化，初始化主要完成的任務(wù)有：

如果沒(méi)有指定namesrv地址，將會(huì)自動(dòng)尋址

啟動(dòng)定時(shí)任務(wù)：更新namesrv地址、從namsrv更新topic路由信息、清理已經(jīng)掛掉的broker、向所有broker發(fā)送心跳...

啟動(dòng)負(fù)載均衡的服務(wù)

初始化完成后，開始發(fā)送消息，發(fā)送消息的主要代碼如下：

private SendResult sendDefaultImpl(Message msg,......) {

// 檢查Producer的狀態(tài)是否是RUNNING

this.makeSureStateOK();

// 檢查msg是否合法：是否為null、topic,body是否為空、body是否超長(zhǎng)

Validators.checkMessage(msg, this.defaultMQProducer);

// 獲取topic路由信息

TopicPublishInfo topicPublishInfo = this.tryToFindTopicPublishInfo(msg.getTopic());

// 從路由信息中選擇一個(gè)消息隊(duì)列

MessageQueue mq = topicPublishInfo.selectOneMessageQueue(lastBrokerName);

// 將消息發(fā)送到該隊(duì)列上去

sendResult = this.sendKernelImpl(msg, mq, communicationMode, sendCallback, timeout);

}

代碼中需要關(guān)注的兩個(gè)方法tryToFindTopicPublishInfo和selectOneMessageQueue。前面說(shuō)過(guò)在producer初始化時(shí)，會(huì)啟動(dòng)定時(shí)任務(wù)獲取路由信息并更新到本地緩存，所以tryToFindTopicPublishInfo會(huì)首先從緩存中獲取topic路由信息，如果沒(méi)有獲取到，則會(huì)自己去namesrv獲取路由信息。selectOneMessageQueue方法通過(guò)輪詢的方式，返回一個(gè)隊(duì)列，以達(dá)到負(fù)載均衡的目的。

如果Producer發(fā)送消息失敗，會(huì)自動(dòng)重試，重試的策略：

重試次數(shù) < retryTimesWhenSendFailed（可配置）

總的耗時(shí)（包含重試n次的耗時(shí)） < sendMsgTimeout（發(fā)送消息時(shí)傳入的參數(shù)）

同時(shí)滿足上面兩個(gè)條件后，Producer會(huì)選擇另外一個(gè)隊(duì)列發(fā)送消息

五、消息存儲(chǔ)

RocketMQ的消息存儲(chǔ)是由consume queue和commit log配合完成的。

1、Consume Queue

consume queue是消息的邏輯隊(duì)列，相當(dāng)于字典的目錄，用來(lái)指定消息在物理文件commit log上的位置。

我們可以在配置中指定consumequeue與commitlog存儲(chǔ)的目錄

每個(gè)topic下的每個(gè)queue都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的consumequeue文件，比如：

${rocketmq.home}/store/consumequeue/$ {topicName}/ ${queueId}/$ {fileName}

Consume Queue文件組織，如圖所示：

image

Consume Queue文件組織示意圖

根據(jù)topic和queueId來(lái)組織文件，圖中TopicA有兩個(gè)隊(duì)列0,1，那么TopicA和QueueId=0組成一個(gè)ConsumeQueue，TopicA和QueueId=1組成另一個(gè)ConsumeQueue。

按照消費(fèi)端的GroupName來(lái)分組重試隊(duì)列，如果消費(fèi)端消費(fèi)失敗，消息將被發(fā)往重試隊(duì)列中，比如圖中的%RETRY%ConsumerGroupA。

按照消費(fèi)端的GroupName來(lái)分組死信隊(duì)列，如果消費(fèi)端消費(fèi)失敗，并重試指定次數(shù)后，仍然失敗，則發(fā)往死信隊(duì)列，比如圖中的%DLQ%ConsumerGroupA。

死信隊(duì)列（Dead Letter Queue）一般用于存放由于某種原因無(wú)法傳遞的消息，比如處理失敗或者已經(jīng)過(guò)期的消息。

Consume Queue中存儲(chǔ)單元是一個(gè)20字節(jié)定長(zhǎng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，順序?qū)戫樞蜃x，如下圖所示：

image

consumequeue文件存儲(chǔ)單元格式

CommitLog Offset是指這條消息在Commit Log文件中的實(shí)際偏移量

Size存儲(chǔ)中消息的大小

Message Tag HashCode存儲(chǔ)消息的Tag的哈希值：主要用于訂閱時(shí)消息過(guò)濾（訂閱時(shí)如果指定了Tag，會(huì)根據(jù)HashCode來(lái)快速查找到訂閱的消息）

2、Commit Log

CommitLog：消息存放的物理文件，每臺(tái)broker上的commitlog被本機(jī)所有的queue共享，不做任何區(qū)分。

文件的默認(rèn)位置如下，仍然可通過(guò)配置文件修改：

${user.home} \store\$ {commitlog}${fileName}

CommitLog的消息存儲(chǔ)單元長(zhǎng)度不固定，文件順序?qū)?，隨機(jī)讀。消息的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下表所示，按照編號(hào)順序以及編號(hào)對(duì)應(yīng)的內(nèi)容依次存儲(chǔ)。

image

Commit Log存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)圖

3、消息存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)

消息存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)，比較復(fù)雜，也值得大家深入了解，后面會(huì)單獨(dú)成文來(lái)分析，這小節(jié)只以代碼說(shuō)明一下具體的流程。

// Set the storage time

msg.setStoreTimestamp(System.currentTimeMillis());

// Set the message body BODY CRC (consider the most appropriate setting

msg.setBodyCRC(UtilAll.crc32(msg.getBody()));

StoreStatsService storeStatsService = this.defaultMessageStore.getStoreStatsService();

synchronized (this) {

long beginLockTimestamp = this.defaultMessageStore.getSystemClock().now();

// Here settings are stored timestamp, in order to ensure an orderly global

msg.setStoreTimestamp(beginLockTimestamp);

// MapedFile：操作物理文件在內(nèi)存中的映射以及將內(nèi)存數(shù)據(jù)持久化到物理文件中

MapedFile mapedFile = this.mapedFileQueue.getLastMapedFile();

// 將Message追加到文件commitlog

result = mapedFile.appendMessage(msg, this.appendMessageCallback);

switch (result.getStatus()) {

case PUT_OK:break;

case END_OF_FILE:

// Create a new file, re-write the message

mapedFile = this.mapedFileQueue.getLastMapedFile();

result = mapedFile.appendMessage(msg, this.appendMessageCallback);

break;

DispatchRequest dispatchRequest = new DispatchRequest(

topic,// 1

queueId,// 2

result.getWroteOffset(),// 3

result.getWroteBytes(),// 4

tagsCode,// 5

msg.getStoreTimestamp(),// 6

result.getLogicsOffset(),// 7

msg.getKeys(),// 8

/**

Transaction

msg.getSysFlag(),// 9

msg.getPreparedTransactionOffset());// 10

// 1.分發(fā)消息位置到ConsumeQueue

// 2.分發(fā)到IndexService建立索引

this.defaultMessageStore.putDispatchRequest(dispatchRequest);

}

4、消息的索引文件

如果一個(gè)消息包含key值的話，會(huì)使用IndexFile存儲(chǔ)消息索引，文件的內(nèi)容結(jié)構(gòu)如圖：

image

消息索引

索引文件主要用于根據(jù)key來(lái)查詢消息的，流程主要是：

根據(jù)查詢的 key 的 hashcode%slotNum 得到具體的槽的位置(slotNum 是一個(gè)索引文件里面包含的最大槽的數(shù)目，例如圖中所示 slotNum=5000000)

根據(jù) slotValue(slot 位置對(duì)應(yīng)的值)查找到索引項(xiàng)列表的最后一項(xiàng)(倒序排列,slotValue 總是指向最新的一個(gè)索引項(xiàng))

遍歷索引項(xiàng)列表返回查詢時(shí)間范圍內(nèi)的結(jié)果集(默認(rèn)一次最大返回的 32 條記錄)

六、消息訂閱

RocketMQ消息訂閱有兩種模式，一種是Push模式，即MQServer主動(dòng)向消費(fèi)端推送；另外一種是Pull模式，即消費(fèi)端在需要時(shí)，主動(dòng)到MQServer拉取。但在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，Push和Pull模式都是采用消費(fèi)端主動(dòng)拉取的方式。

首先看下消費(fèi)端的負(fù)載均衡：

image

消費(fèi)端負(fù)載均衡

消費(fèi)端會(huì)通過(guò)RebalanceService線程，10秒鐘做一次基于topic下的所有隊(duì)列負(fù)載：

遍歷Consumer下的所有topic，然后根據(jù)topic訂閱所有的消息

獲取同一topic和Consumer Group下的所有Consumer

然后根據(jù)具體的分配策略來(lái)分配消費(fèi)隊(duì)列，分配的策略包含：平均分配、消費(fèi)端配置等

如同上圖所示：如果有 5 個(gè)隊(duì)列，2 個(gè) consumer，那么第一個(gè) Consumer 消費(fèi) 3 個(gè)隊(duì)列，第二 consumer 消費(fèi) 2 個(gè)隊(duì)列。這里采用的就是平均分配策略，它類似于我們的分頁(yè)，TOPIC下面的所有queue就是記錄，Consumer的個(gè)數(shù)就相當(dāng)于總的頁(yè)數(shù)，那么每頁(yè)有多少條記錄，就類似于某個(gè)Consumer會(huì)消費(fèi)哪些隊(duì)列。

通過(guò)這樣的策略來(lái)達(dá)到大體上的平均消費(fèi)，這樣的設(shè)計(jì)也可以很方面的水平擴(kuò)展Consumer來(lái)提高消費(fèi)能力。

消費(fèi)端的Push模式是通過(guò)長(zhǎng)輪詢的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，就如同下圖：

image

Push模式示意圖

Consumer端每隔一段時(shí)間主動(dòng)向broker發(fā)送拉消息請(qǐng)求，broker在收到Pull請(qǐng)求后，如果有消息就立即返回?cái)?shù)據(jù)，Consumer端收到返回的消息后，再回調(diào)消費(fèi)者設(shè)置的Listener方法。如果broker在收到Pull請(qǐng)求時(shí)，消息隊(duì)列里沒(méi)有數(shù)據(jù)，broker端會(huì)阻塞請(qǐng)求直到有數(shù)據(jù)傳遞或超時(shí)才返回。

當(dāng)然，Consumer端是通過(guò)一個(gè)線程將阻塞隊(duì)列LinkedBlockingQueue中的PullRequest發(fā)送到broker拉取消息，以防止Consumer一致被阻塞。而Broker端，在接收到Consumer的PullRequest時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)沒(méi)有消息，就會(huì)把PullRequest扔到ConcurrentHashMap中緩存起來(lái)。broker在啟動(dòng)時(shí)，會(huì)啟動(dòng)一個(gè)線程不停的從ConcurrentHashMap取出PullRequest檢查，直到有數(shù)據(jù)返回。

七、RocketMQ的其他特性

前面的6個(gè)特性都是基本上都是點(diǎn)到為止，想要深入了解，還需要大家多多查看源碼，多多在實(shí)際中運(yùn)用。當(dāng)然除了已經(jīng)提到的特性外，RocketMQ還支持：

定時(shí)消息

消息的刷盤策略

主動(dòng)同步策略：同步雙寫、異步復(fù)制

海量消息堆積能力

高效通信

.......

其中涉及到的很多設(shè)計(jì)思路和解決方法都值得我們深入研究：

消息的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)：既要滿足海量消息的堆積能力，又要滿足極快的查詢效率，還要保證寫入的效率。

高效的通信組件設(shè)計(jì)：高吞吐量，毫秒級(jí)的消息投遞能力都離不開高效的通信。

.......

RocketMQ最佳實(shí)踐

一、Producer最佳實(shí)踐

1、一個(gè)應(yīng)用盡可能用一個(gè) Topic，消息子類型用 tags 來(lái)標(biāo)識(shí)，tags 可以由應(yīng)用自由設(shè)置。只有發(fā)送消息設(shè)置了tags，消費(fèi)方在訂閱消息時(shí)，才可以利用 tags 在 broker 做消息過(guò)濾。

2、每個(gè)消息在業(yè)務(wù)層面的唯一標(biāo)識(shí)碼，要設(shè)置到 keys 字段，方便將來(lái)定位消息丟失問(wèn)題。由于是哈希索引，請(qǐng)務(wù)必保證 key 盡可能唯一，這樣可以避免潛在的哈希沖突。

3、消息發(fā)送成功或者失敗，要打印消息日志，務(wù)必要打印 sendresult 和 key 字段。

4、對(duì)于消息不可丟失應(yīng)用，務(wù)必要有消息重發(fā)機(jī)制。例如：消息發(fā)送失敗，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，能有定時(shí)程序嘗試重發(fā)或者人工觸發(fā)重發(fā)。

5、某些應(yīng)用如果不關(guān)注消息是否發(fā)送成功，請(qǐng)直接使用sendOneWay方法發(fā)送消息。

二、Consumer最佳實(shí)踐

1、消費(fèi)過(guò)程要做到冪等（即消費(fèi)端去重）

2、盡量使用批量方式消費(fèi)方式，可以很大程度上提高消費(fèi)吞吐量。

3、優(yōu)化每條消息消費(fèi)過(guò)程

三、其他配置

線上應(yīng)該關(guān)閉autoCreateTopicEnable，即在配置文件中將其設(shè)置為false。

RocketMQ在發(fā)送消息時(shí)，會(huì)首先獲取路由信息。如果是新的消息，由于MQServer上面還沒(méi)有創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的Topic，這個(gè)時(shí)候，如果上面的配置打開的話，會(huì)返回默認(rèn)TOPIC的（RocketMQ會(huì)在每臺(tái)broker上面創(chuàng)建名為TBW102的TOPIC）路由信息，然后Producer會(huì)選擇一臺(tái)Broker發(fā)送消息，選中的broker在存儲(chǔ)消息時(shí)，發(fā)現(xiàn)消息的topic還沒(méi)有創(chuàng)建，就會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建topic。后果就是：以后所有該TOPIC的消息，都將發(fā)送到這臺(tái)broker上，達(dá)不到負(fù)載均衡的目的。

所以基于目前RocketMQ的設(shè)計(jì)，建議關(guān)閉自動(dòng)創(chuàng)建TOPIC的功能，然后根據(jù)消息量的大小，手動(dòng)創(chuàng)建TOPIC。

RocketMQ設(shè)計(jì)相關(guān)

RocketMQ的設(shè)計(jì)假定：

每臺(tái)PC機(jī)器都可能宕機(jī)不可服務(wù)

任意集群都有可能處理能力不足

最壞的情況一定會(huì)發(fā)生

內(nèi)網(wǎng)環(huán)境需要低延遲來(lái)提供最佳用戶體驗(yàn)

RocketMQ的關(guān)鍵設(shè)計(jì)：

分布式集群化

強(qiáng)數(shù)據(jù)安全

海量數(shù)據(jù)堆積

毫秒級(jí)投遞延遲（推拉模式）

這是RocketMQ在設(shè)計(jì)時(shí)的假定前提以及需要到達(dá)的效果。我想這些假定適用于所有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。隨著我們系統(tǒng)的服務(wù)的增多，每位開發(fā)者都要注意自己的程序是否存在單點(diǎn)故障，如果掛了應(yīng)該怎么恢復(fù)、能不能很好的水平擴(kuò)展、對(duì)外的接口是否足夠高效、自己管理的數(shù)據(jù)是否足夠安全...... 多多規(guī)范自己的設(shè)計(jì)，才能開發(fā)出高效健壯的程序。

附錄：RocketMQ涉及到的幾個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)和整體架構(gòu)介紹

一、RocketMQ中的專業(yè)術(shù)語(yǔ)

Topic

topic表示消息的第一級(jí)類型，比如一個(gè)電商系統(tǒng)的消息可以分為：交易消息、物流消息...... 一條消息必須有一個(gè)Topic。

Tag

Tag表示消息的第二級(jí)類型，比如交易消息又可以分為：交易創(chuàng)建消息，交易完成消息..... 一條消息可以沒(méi)有Tag。RocketMQ提供2級(jí)消息分類，方便大家靈活控制。

Queue

一個(gè)topic下，我們可以設(shè)置多個(gè)queue(消息隊(duì)列)。當(dāng)我們發(fā)送消息時(shí)，需要要指定該消息的topic。RocketMQ會(huì)輪詢?cè)搕opic下的所有隊(duì)列，將消息發(fā)送出去。

Producer 與 Producer Group

Producer表示消息隊(duì)列的生產(chǎn)者。消息隊(duì)列的本質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)了publish-subscribe模式，生產(chǎn)者生產(chǎn)消息，消費(fèi)者消費(fèi)消息。所以這里的Producer就是用來(lái)生產(chǎn)和發(fā)送消息的，一般指業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

Producer Group是一類Producer的集合名稱，這類Producer通常發(fā)送一類消息，且發(fā)送邏輯一致。

Consumer 與 Consumer Group

消息消費(fèi)者，一般由后臺(tái)系統(tǒng)異步消費(fèi)消息。

Push Consumer

Consumer 的一種，應(yīng)用通常向 Consumer 對(duì)象注冊(cè)一個(gè) Listener 接口，一旦收到消息，Consumer 對(duì)象立刻回調(diào) Listener 接口方法。

Pull Consumer

Consumer 的一種，應(yīng)用通常主動(dòng)調(diào)用 Consumer 的拉消息方法從 Broker 拉消息，主動(dòng)權(quán)由應(yīng)用控制。

Consumer Group是一類Consumer的集合名稱，這類Consumer通常消費(fèi)一類消息，且消費(fèi)邏輯一致。

Broker

消息的中轉(zhuǎn)者，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)消息?？梢岳斫鉃橄㈥?duì)列服務(wù)器，提供了消息的接收、存儲(chǔ)、拉取和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。broker是RocketMQ的核心，它不不能掛的，所以需要保證broker的高可用。

廣播消費(fèi)

一條消息被多個(gè)Consumer消費(fèi)，即使這些Consumer屬于同一個(gè)Consumer Group，消息也會(huì)被Consumer Group中的每個(gè)Consumer都消費(fèi)一次。在廣播消費(fèi)中的Consumer Group概念可以認(rèn)為在消息劃分方面無(wú)意義。

集群消費(fèi)

一個(gè)Consumer Group中的Consumer實(shí)例平均分?jǐn)傁M(fèi)消息。例如某個(gè)Topic有 9 條消息，其中一個(gè)Consumer Group有 3 個(gè)實(shí)例(可能是 3 個(gè)進(jìn)程,或者 3 臺(tái)機(jī)器)，那么每個(gè)實(shí)例只消費(fèi)其中的 3 條消息。

NameServer

NameServer即名稱服務(wù)，兩個(gè)功能：

接收broker的請(qǐng)求，注冊(cè)broker的路由信息

接口client的請(qǐng)求，根據(jù)某個(gè)topic獲取其到broker的路由信息

NameServer沒(méi)有狀態(tài)，可以橫向擴(kuò)展。每個(gè)broker在啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)到NameServer注冊(cè)；Producer在發(fā)送消息前會(huì)根據(jù)topic到NameServer獲取路由(到broker)信息；Consumer也會(huì)定時(shí)獲取topic路由信息。

二、RocketMQ Overview

image

rocketmq overview

Producer向一些隊(duì)列輪流發(fā)送消息，隊(duì)列集合稱為Topic，Consumer如果做廣播消費(fèi)，則一個(gè)consumer實(shí)例消費(fèi)這個(gè)Topic對(duì)應(yīng)的所有隊(duì)列；如果做集群消費(fèi)，則多個(gè)Consumer實(shí)例平均消費(fèi)這個(gè)Topic對(duì)應(yīng)的隊(duì)列集合。

再看下RocketMQ物理部署結(jié)構(gòu)圖：

image

RocketMQ網(wǎng)絡(luò)部署圖

RocketMQ網(wǎng)絡(luò)部署特點(diǎn)：

Name Server 是一個(gè)幾乎無(wú)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，可集群部署，節(jié)點(diǎn)之間無(wú)任何信息同步。

Broker部署相對(duì)復(fù)雜，Broker分為Master與Slave，一個(gè)Master可以對(duì)應(yīng)多個(gè)Slave，但是一個(gè)Slave只能對(duì)應(yīng)一個(gè)Master，Master與Slave的對(duì)應(yīng)關(guān)系通過(guò)指定相同的BrokerName，不同的BrokerId來(lái)定義，BrokerId=0表示Master，非0表示Slave。Master也可以部署多個(gè)。每個(gè)Broker與Name Server集群中的所有節(jié)點(diǎn)建立長(zhǎng)連接，定時(shí)注冊(cè)Topic信息到所有Name Server。

Producer與Name Server集群中的其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)（隨機(jī)選擇）建立長(zhǎng)連接，定期從Name Server取Topic路由信息，并向提供Topic 服務(wù)的Master建立長(zhǎng)連接，且定時(shí)向Master發(fā)送心跳。Producer 完全無(wú)狀態(tài)，可集群部署。

Consumer與Name Server集群中的其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)（隨機(jī)選擇）建立長(zhǎng)連接，定期從Name Server取Topic 路由信息，并向提供Topic服務(wù)的Master、Slave建立長(zhǎng)連接，且定時(shí)向Master、Slave發(fā)送心跳。Consumer既可以從Master訂閱消息，也可以從Slave訂閱消息，訂閱規(guī)則由Broker配置決定。

三、其他參考資料

（如需查看請(qǐng)向本號(hào)發(fā)送“RocketMQ”）

RocketMQ用戶指南

RocketMQ原理簡(jiǎn)介

RocketMQ最佳實(shí)踐

阿里分布式開放消息服務(wù)(ONS)原理與實(shí)踐2

阿里分布式開放消息服務(wù)(ONS)原理與實(shí)踐3

RocketMQ原理解析

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