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RocketMQ?Broker消息如何刷盤源碼解析

 更新時間:2023年05月09日 14:15:53   作者:林師傅  
這篇文章主要為大家介紹了RocketMQ?Broker消息如何刷盤源碼解析,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進步,早日升職加薪

前言

我們在學習RocketMQ的時候,我們知道RocketMQ的刷盤策略有兩個刷盤策略

  • 同步刷盤

同步刷盤即Broker消息已經被持久化到硬盤后才會向客戶端返回成功。同步刷盤的優(yōu)點是能保證消息不丟失,但是這是以犧牲寫入性能為代價的。

  • 異步刷盤

異步刷盤是指Broker將信息存儲到pagecache后就立即向客戶端返回成功,然后會有一個異步線程定時將內存中的數據寫入磁盤,默認時間間隔為500ms。

Broker中的刷盤策略是通過Broker配置文件中flushDiskType進行配置,可以配置ASYNC_FLUSH(異步刷盤)和SYNC_FLUSH(同步刷盤),默認配置是ASYNC_FLUSH

Broker的刷盤采用基于JDK NIO技術,消息首先會存儲到內存中,然后再根據不同的刷盤策略在不同時間刷盤,如果有不了解的小伙伴可以參考這篇文章《【NIO實戰(zhàn)】深入理解FileChannel》

刷盤相關類介紹

CommitLog中的內部類FlushCommitLogService及其子類CommitRealTimeService、GroupCommitService、FlushRealTimeService分別是用于不同場景下用于刷盤的刷盤行為,他們會單獨或者配合起來使用。具體類圖如下所示。

如果是同步刷盤會使用GroupCommitService。如果是異步刷盤,并且關閉了堆外緩存(TransientStorePool),則采用FlushRealTimeService刷盤。如果是異步刷盤,并且開啟了堆外緩存,則會使用FlushRealTimeService與CommitRealTimeService配合刷盤。

默認的輸盤策略是異步關閉堆外緩存,因此默認是采用FlushRealTimeService進行刷盤

Broker刷盤源碼分析

消息刷盤相關邏輯都是圍繞在CommitLog,因此要想知道消息時如何刷盤的關鍵是研究CommitLog

CommitLog構造&屬性賦值

CommitLog中與刷盤相關的屬性有flushCommitLogService、commitLogService。如果是同步刷盤則在構造函數中會給flushCommitLogService賦值GroupCommitService,如果是異步刷盤則給flushCommitLogService賦值FlushRealTimeService。commitLogService的值是CommitRealTimeService,從上面我們可以很明顯的看出它只有在異步且開啟TransientStorePoolEnabled時才會被使用。

public class CommitLog {
  // 如果是同步刷盤,則是GroupCommitService。如果是異步刷盤則是FlushRealTimeService
  // 默認是異步刷盤,因此是CommitLog$FlushRealTimeService
  private final FlushCommitLogService flushCommitLogService;
  // 開啟TransientStorePoolEnable時使用CommitRealTimeService
  private final FlushCommitLogService commitLogService;
	// 構造函數
  public CommitLog(final DefaultMessageStore defaultMessageStore) {
      // 默認是異步刷盤,因此這里是false
      if (FlushDiskType.SYNC_FLUSH == defaultMessageStore.getMessageStoreConfig().getFlushDiskType()) {
          this.flushCommitLogService = new GroupCommitService();
      } else {
          this.flushCommitLogService = new FlushRealTimeService();
      }
      this.commitLogService = new CommitRealTimeService();
      // 消息回調
      this.appendMessageCallback = new DefaultAppendMessageCallback();
      flushDiskWatcher = new FlushDiskWatcher();
  }
}

TransientStorePoolEnabled介紹

transientStorePoolEnabled配置的默認值為false,開啟transientStorePoolEnabled需要手動開啟。如果開啟transientStorePoolEnabled會開啟堆外內存存儲池,Broker在啟動時會申請5個與CommitLog大小(1GB)相同的堆外內存交給TransientStorePool,創(chuàng)建MappedFile時會向TransientStorePool“借”一個堆外內存ByteBuffer,保存消息時會先將消息保存到堆外內存ByteBuffer中,然后在commit到MappedFile的FileChannel,最后再flush到硬盤中。TransientStorePool屬性和一些核心方法源碼如下,堆外內存ByteBuffer都是由它來管理。

// org.apache.rocketmq.store.TransientStorePool
public class TransientStorePool {
    // 存儲池大小,默認是5
    private final int poolSize;
    // CommitLog MappedFile文件大小,默認1GB
    private final int fileSize;
    // 默認存5個ByteBuffer
    private final Deque<ByteBuffer> availableBuffers;
    // 消息存儲配置
    private final MessageStoreConfig storeConfig;
		// TransientStorePool初始化
    public void init() {
        // 默認是5
        for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
            // 分配1GB的直接內存
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(fileSize);
            final long address = ((DirectBuffer) byteBuffer).address();
            Pointer pointer = new Pointer(address);
            LibC.INSTANCE.mlock(pointer, new NativeLong(fileSize));
            // 生成的緩存保存到隊列中
            availableBuffers.offer(byteBuffer);
        }
    }
    // 歸還緩沖
    public void returnBuffer(ByteBuffer byteBuffer) {
        // 修改position和limit,"清空"緩沖
        byteBuffer.position(0);
        byteBuffer.limit(fileSize);
      	// 緩沖入隊
        this.availableBuffers.offerFirst(byteBuffer);
    }
    // 向TransientStorePool借緩沖
    public ByteBuffer borrowBuffer() {
      	// 緩沖出隊
        ByteBuffer buffer = availableBuffers.pollFirst();
        return buffer;
    }
}

消息保存源碼分析

前面文章《【RocketMQ | 源碼分析】Broker是如何保存消息的? 》我們雖然介紹了消息的保存過程,但是開啟或者關閉TransientStorePoolEnabled時,消息保存的細節(jié)是不同的,我們再打開消息保存MappedFile的源碼如下,下面代碼中如果writeBuffer不空,則會將消息先追加到writeBuffer,否者直接寫入到MappedFile的內存映射文件中。

// org.apache.rocketmq.store.MappedFile#appendMessagesInner
public AppendMessageResult appendMessagesInner(final MessageExt messageExt, final AppendMessageCallback cb,
        PutMessageContext putMessageContext) {
    // 如果寫文件位置小于文件size
    if (currentPos < this.fileSize) {
        // 如果writeBuffer不空,則獲取writeBuffer的淺拷貝,否則獲取MappedFile的內存映射(MappedByteBuffer)的淺拷貝
        ByteBuffer byteBuffer = writeBuffer != null ? writeBuffer.slice() : this.mappedByteBuffer.slice();
        byteBuffer.position(currentPos);
        AppendMessageResult result;
        // 如果是單條消息
        if (messageExt instanceof MessageExtBrokerInner) {
            result = cb.doAppend(this.getFileFromOffset(), byteBuffer, this.fileSize - currentPos/*文件長度-當前寫位置,可以寫的長度*/,
                    (MessageExtBrokerInner) messageExt, putMessageContext);
        } // ...如果是批量消息
        return result;
    }
}

那么什么情況下MappedFile中的writeBuffer為空,什么情況下writeBuffer不為空呢?我們可以先來了解MappedFile是如何創(chuàng)建的,MappedFile是由AllocateMappedFileService創(chuàng)建的,具體源碼如下,如果開啟了TransientStorePoolEnabled,則在創(chuàng)建MappedFile時會向TransientStorePool“借”一個ByteBuffer,如果沒有開啟TransientStorePoolEnabled,MappedFile中的writeBuffer是空,在保存數據時會將數據直接保存到MappedFile的直接內存映射(MappedByteBuffer)中。

private boolean mmapOperation() {
  // ...
  if (messageStore.getMessageStoreConfig().isTransientStorePoolEnable()) {
      try {
          mappedFile = ServiceLoader.load(MappedFile.class).iterator().next();
        	// 初始化mappedFile會向TransientStorePool"借"一個writeBuffer
          mappedFile.init(req.getFilePath(), req.getFileSize(), messageStore.getTransientStorePool());
      } catch (RuntimeException e) {
          mappedFile = new MappedFile(req.getFilePath(), req.getFileSize(), messageStore.getTransientStorePool());
      }
  } else {
    	// 創(chuàng)建MappedFile,沒有writeBuffer
      mappedFile = new MappedFile(req.getFilePath(), req.getFileSize());
  }
  // ...
}

由上可知,消息保存如下圖所示

消息刷盤入口方法源碼分析

消息保存和刷盤的入口方法CommitLog#asyncPutMessage,消息保存到mappedFile的緩存后,最后會調用submitFlushRequest方法提交刷盤請求,Broker會根據刷盤策略進行刷盤。

public CompletableFuture<PutMessageResult> asyncPutMessage(final MessageExtBrokerInner msg) {
    //... 保存消息
    result = mappedFile.appendMessage(msg, this.appendMessageCallback, putMessageContext);
    // ...
    // 提交刷盤請求
    CompletableFuture<PutMessageStatus> flushResultFuture = submitFlushRequest(result, msg);
    // 提交復制請求
    CompletableFuture<PutMessageStatus> replicaResultFuture = submitReplicaRequest(result, msg);
    // 合并提交刷盤請求和提交復制請求結果
    return flushResultFuture.thenCombine(replicaResultFuture, (flushStatus, replicaStatus) -> {
        if (flushStatus != PutMessageStatus.PUT_OK) {
            putMessageResult.setPutMessageStatus(flushStatus);
        }
        if (replicaStatus != PutMessageStatus.PUT_OK) {
            putMessageResult.setPutMessageStatus(replicaStatus);
        }
        return putMessageResult;
    });
}

提交了刷盤請求后,根據刷盤策略,是否開啟堆外緩存,推送消息中是否要等待消息保存有如下四種刷盤方式

  • 異步刷盤(關閉TransientStorePoolEnabled)

異步刷盤(關閉TransientStorePoolEnabled)是默認的刷盤方案,這個刷盤方案先會**異步喚醒(wakeup)**FlushRealTimeService,然后直接返回消息保存成功。由于關閉了TransientStorePoolEnabled,消息是保存到MappedFile中的內存映射文件MappedByteBuffer,FlushRealTimeService將定時MappedByteBuffer刷到磁盤。

  • 異步刷盤(開啟TransientStorePoolEnabled)

異步刷盤(開啟TransientStorePoolEnabled)會先**異步喚醒(wakeup)**CommitRealTimeService,然后直接返回消息保存成功。由于開啟了TransientStorePoolEnabled,消息會保存到MappedFile中的內存映射文件ByteBuffer,CommitRealTimeService定時將ByteBuffer中的數據刷到FileChannel中。

  • 同步刷盤(等待消息保存)

同步刷盤(等待消息保存)會先創(chuàng)建一個刷盤請求(GroupCommitRequest),然后向GroupCommitService提交刷盤請求,最后等待刷盤結果并返回

  • 同步刷盤(不等待消息保存)

同步刷盤(不等待消息保存)也是通過GroupCommitService刷盤,與等待消息保存不同的是不等待的方式異步喚醒(wakeup)GroupCommitService后,直接返回消息保存成功。

四種刷盤方式源碼如下所示

public CompletableFuture<PutMessageStatus> submitFlushRequest(AppendMessageResult result, MessageExt messageExt) {
    // 同步刷盤
    if (FlushDiskType.SYNC_FLUSH == this.defaultMessageStore.getMessageStoreConfig().getFlushDiskType()) {
        // 獲取同步刷盤Service
        final GroupCommitService service = (GroupCommitService) this.flushCommitLogService;
        if (messageExt.isWaitStoreMsgOK()) {
            // 創(chuàng)建GroupCommitRequest 刷盤偏移量nextOffset = 當前寫入偏移量 + 當前消息寫入大小
            GroupCommitRequest request = new GroupCommitRequest(result.getWroteOffset() + result.getWroteBytes(),
                    this.defaultMessageStore.getMessageStoreConfig().getSyncFlushTimeout());
            // 向刷盤監(jiān)視器(flushDistWatch)提交刷盤請求
            flushDiskWatcher.add(request);
            // 提交刷盤請求,并且喚醒同步刷盤線程
            service.putRequest(request);
            return request.future();
        } else {
            // 同步刷盤,但是不需要等待刷盤結果,那么喚醒同步刷盤線程
            service.wakeup();
            return CompletableFuture.completedFuture(PutMessageStatus.PUT_OK);
        }
    }
    // 異步刷盤
    else {
        // 是否啟動了堆外緩存
        if (!this.defaultMessageStore.getMessageStoreConfig().isTransientStorePoolEnable()) {
            // 如果沒有啟動堆外緩存,則喚醒異步刷盤服務 flushRealTimeService
            flushCommitLogService.wakeup();
        } else  {
            // 如果啟動了堆外緩存,則喚醒異步轉存服務CommitRealTimeService
            commitLogService.wakeup();
        }
        return CompletableFuture.completedFuture(PutMessageStatus.PUT_OK);
    }
}

將上面四種場景及調用關系如下圖所示

總結

本篇文章介紹了TransientStorePool機制以及開啟和管理隊消息保存的影響,我們還介紹了RocketMQ中四種刷盤策略

  • 同步刷盤-等待消息保存到磁盤
  • 同步刷盤-不等待消息保存到磁盤上
  • 異步刷盤-開啟堆外緩存
  • 異步刷盤-不開啟堆外緩存

以上就是RocketMQ Broker消息如何刷盤源碼解析的詳細內容,更多關于RocketMQ Broker消息刷盤的資料請關注腳本之家其它相關文章!

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