MK
摩柯社区 - 一个极简的技术知识社区
AI 面试

RocketMQ 消息存储的可靠性保障

2024-03-214.5k 阅读

RocketMQ 消息存储架构概述

RocketMQ 的消息存储是其实现高可靠消息传递的核心模块。它采用了一种基于文件系统的存储方式，主要由 CommitLog、ConsumeQueue 和 IndexFile 组成。

CommitLog

CommitLog 是 RocketMQ 中所有消息的物理存储文件。所有主题的消息都顺序写入到 CommitLog 中，这样做的好处是利用了操作系统的预读机制和顺序写的高效性。RocketMQ 每次向 CommitLog 写入消息时，会以固定的格式将消息头部和消息体写入文件。例如，消息头部包含了消息的长度、主题、队列 ID 等信息，而消息体则是实际的消息内容。这种设计避免了传统数据库存储中随机 I/O 的性能瓶颈，大大提高了消息写入的速度。

ConsumeQueue

ConsumeQueue 是消息消费的逻辑队列，它类似于 CommitLog 的索引。每个主题的每个队列都有一个对应的 ConsumeQueue 文件。ConsumeQueue 中存储的是消息在 CommitLog 中的物理偏移量、消息长度和消息 Tag 的哈希值。通过这种方式，消费者可以快速定位到要消费的消息在 CommitLog 中的位置，从而实现高效的消息拉取。

IndexFile

IndexFile 用于消息的索引查询。它主要是为了支持按照消息的 Key 进行快速查询。IndexFile 内部维护了一个哈希表结构，通过对消息 Key 进行哈希计算，将消息的物理偏移量等信息存储在哈希表中。当需要根据 Key 查询消息时，通过哈希计算快速定位到对应的位置，从而获取消息在 CommitLog 中的偏移量，进而读取到消息内容。

消息存储可靠性保障机制

刷盘机制

  1. 同步刷盘
    • 同步刷盘是指当一条消息写入到 CommitLog 后，RocketMQ 会等待操作系统将该消息真正持久化到磁盘后才返回成功响应。这可以通过调用操作系统的 fsync 方法实现。在 RocketMQ 的配置文件中，可以通过设置 flushDiskType = SYNC_FLUSH 来启用同步刷盘。同步刷盘确保了消息在写入成功返回后，一定已经持久化到磁盘，不会因为系统故障等原因丢失。
    • 代码示例：在 RocketMQ 的 Broker 配置文件 broker.conf 中，配置同步刷盘如下：
# 配置同步刷盘
flushDiskType = SYNC_FLUSH
  1. 异步刷盘
    • 异步刷盘是指消息写入到 CommitLog 后，RocketMQ 会立即返回成功响应，而将刷盘操作交给一个后台线程去执行。这样可以提高消息写入的性能，但存在一定的风险，即在刷盘操作完成之前系统出现故障，可能会导致部分消息丢失。在 RocketMQ 配置文件中，设置 flushDiskType = ASYNC_FLUSH 启用异步刷盘。异步刷盘通过一个定时任务或者根据 CommitLog 缓存达到一定阈值时，触发刷盘操作。
    • 代码示例：同样在 broker.conf 中配置异步刷盘：
# 配置异步刷盘
flushDiskType = ASYNC_FLUSH

主从复制机制

  1. 同步复制
    • RocketMQ 的同步复制模式下，主 Broker 在接收到消息并写入 CommitLog 后，会等待所有从 Broker 成功复制该消息到它们的 CommitLog 后，才向生产者返回成功响应。这确保了即使主 Broker 出现故障，从 Broker 也有完整的消息副本，从而保证了消息的可靠性。在配置文件中，可以通过设置 brokerRole = SYNC_MASTER 来启用同步复制模式。
    • 代码示例：在 broker.conf 中配置同步复制模式的主 Broker：
# 配置为同步复制主 Broker
brokerRole = SYNC_MASTER
  1. 异步复制
    • 异步复制模式下，主 Broker 在接收到消息并写入 CommitLog 后，会立即向生产者返回成功响应，同时将消息异步复制给从 Broker。这种模式下，消息写入的性能较高，但存在主 Broker 故障时，部分尚未复制到从 Broker 的消息丢失的风险。通过设置 brokerRole = ASYNC_MASTER 可以启用异步复制模式。
    • 代码示例：在 broker.conf 中配置异步复制模式的主 Broker：
# 配置为异步复制主 Broker
brokerRole = ASYNC_MASTER

消息存储可靠性相关参数调优

刷盘相关参数

  1. 刷盘间隔时间
    • 在异步刷盘模式下，flushIntervalCommitLog 参数用于设置刷盘的时间间隔，单位为毫秒。默认值是 5000，即每 5 秒刷盘一次。如果业务对消息可靠性要求较高，可以适当减小这个值，例如设置为 1000（1 秒），这样可以更频繁地刷盘，减少消息丢失的风险，但可能会对性能有一定影响。
    • 代码示例：在 broker.conf 中设置刷盘间隔时间：
# 设置刷盘间隔时间为 1000 毫秒
flushIntervalCommitLog = 1000
  1. 刷盘阈值
    • flushCommitLogLeastPages 参数用于设置 CommitLog 缓存达到多少页时触发刷盘。一页默认大小为 4KB。默认值是 4，即当 CommitLog 缓存达到 16KB 时触发刷盘。如果业务写入消息量较大，可以适当增大这个值，以减少刷盘次数，提高性能，但同时也会增加消息丢失的风险。
    • 代码示例：在 broker.conf 中设置刷盘阈值：
# 设置刷盘阈值为 8 页
flushCommitLogLeastPages = 8

主从复制相关参数

  1. 同步复制等待时间
    • 在同步复制模式下，waitTimeMillsInSyncFlush 参数用于设置主 Broker 等待从 Broker 复制消息的最长时间，单位为毫秒。默认值是 5000，即主 Broker 最多等待 5 秒。如果从 Broker 复制速度较慢，可以适当增大这个值，以确保消息能成功复制到从 Broker，但如果设置过大，可能会影响消息写入的响应时间。
    • 代码示例：在 broker.conf 中设置同步复制等待时间：
# 设置同步复制等待时间为 10000 毫秒
waitTimeMillsInSyncFlush = 10000
  1. 异步复制刷盘策略
    • 对于异步复制的从 Broker，slaveReadEnable 参数用于控制从 Broker 是否支持读操作。默认值为 false，即从 Broker 在同步主 Broker 的消息时，不允许消费者从从 Broker 读取消息，这样可以确保从 Broker 能尽快完成消息同步。如果业务对消息读取的可用性要求较高，可以设置为 true，但这可能会影响消息同步的速度。
    • 代码示例：在从 Broker 的 broker.conf 中设置异步复制刷盘策略：
# 允许从 Broker 支持读操作
slaveReadEnable = true

消息存储可靠性的监控与故障处理

监控指标

  1. 刷盘状态监控
    • RocketMQ 提供了一些监控指标来查看刷盘的状态。例如，可以通过监控 CommitLog 的 flushTime 指标，了解每次刷盘操作所花费的时间。如果这个时间过长，可能表示刷盘出现了性能问题，需要检查磁盘 I/O 等情况。可以使用 RocketMQ 的监控工具，如 Prometheus 和 Grafana 来可视化这些指标。
    • 代码示例：在 RocketMQ 的监控配置中，可以通过修改 rocketmq-exporter 的配置文件，添加对 CommitLog 刷盘时间的监控：
metrics:
  - name: rocketmq_commitlog_flush_time
    help: CommitLog flush time
    type: gauge
    labels:
      - broker
    paths:
      - /api/v1/monitor/BrokerStatsList
    jsonPath: $.brokerStatsSet[*].commitLog.avgFlushTime
  1. 主从复制状态监控
    • 监控主从复制状态可以通过查看 masterOffset 和 slaveOffset 指标。masterOffset 表示主 Broker 的 CommitLog 当前写入的偏移量，slaveOffset 表示从 Broker 同步到的偏移量。如果这两个值差距过大，说明主从复制可能出现了问题，可能是网络延迟或者从 Broker 磁盘 I/O 性能问题等。
    • 代码示例：同样在 rocketmq - exporter 配置文件中添加对主从偏移量的监控：
metrics:
  - name: rocketmq_master_offset
    help: Master broker commit log offset
    type: gauge
    labels:
      - broker
    paths:
      - /api/v1/monitor/BrokerStatsList
    jsonPath: $.brokerStatsSet[?(@.brokerRole == "MASTER")].commitLog.totalWriteBytes
  - name: rocketmq_slave_offset
    help: Slave broker commit log offset
    type: gauge
    labels:
      - broker
    paths:
      - /api/v1/monitor/BrokerStatsList
    jsonPath: $.brokerStatsSet[?(@.brokerRole == "SLAVE")].commitLog.totalWriteBytes

故障处理

  1. 刷盘故障处理
    • 如果出现刷盘故障，首先要检查磁盘空间是否已满。可以通过系统命令如 df -h 查看磁盘使用情况。如果磁盘空间不足，需要清理磁盘空间或者增加磁盘容量。如果是磁盘 I/O 性能问题，可以考虑更换磁盘或者调整操作系统的 I/O 调度策略。例如，在 Linux 系统中，可以将 I/O 调度策略调整为 deadline 来提高 I/O 性能。
    • 代码示例：在 Linux 系统中临时调整 I/O 调度策略为 deadline：
echo deadline > /sys/block/sda/queue/scheduler
  1. 主从复制故障处理
    • 当主从复制出现故障时，首先检查网络连接是否正常。可以使用 ping 命令测试主从 Broker 之间的网络连通性。如果网络正常，检查从 Broker 的日志文件，查看是否有同步错误信息。可能是从 Broker 的磁盘空间不足导致无法写入消息，此时需要清理磁盘空间。如果是网络延迟过高，可以考虑优化网络配置，如增加带宽或者调整网络拓扑。
    • 代码示例：使用 ping 命令测试主从 Broker 之间的网络连通性：
ping master - broker - ip

代码示例：使用 RocketMQ 保证消息存储可靠性

生产者代码

  1. 引入依赖
    • 在 Maven 项目中，首先需要引入 RocketMQ 的客户端依赖：
<dependency>
    <groupId>org.apache.rocketmq</groupId>
    <artifactId>rocketmq - client</artifactId>
    <version>4.9.4</version>
</dependency>
  1. 同步刷盘和同步复制模式下的生产者代码
import org.apache.rocketmq.client.producer.DefaultMQProducer;
import org.apache.rocketmq.client.producer.SendResult;
import org.apache.rocketmq.common.message.Message;

public class ReliableProducer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DefaultMQProducer producer = new DefaultMQProducer("group1");
        producer.setNamesrvAddr("127.0.0.1:9876");
        // 启动生产者
        producer.start();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Message message = new Message("TopicTest", ("Hello RocketMQ " + i).getBytes());
            // 发送消息，同步方式
            SendResult sendResult = producer.send(message);
            System.out.println("SendResult: " + sendResult);
        }
        // 关闭生产者
        producer.shutdown();
    }
}

在上述代码中，生产者向名为 TopicTest 的主题发送 10 条消息。在配置了同步刷盘和同步复制的 RocketMQ 集群环境下，这些消息会在完全持久化到主从 Broker 的磁盘后，生产者才会收到成功响应。

消费者代码

  1. 引入依赖
    • 消费者同样需要引入 RocketMQ 的客户端依赖，与生产者相同：
<dependency>
    <groupId>org.apache.rocketmq</groupId>
    <artifactId>rocketmq - client</artifactId>
    <version>4.9.4</version>
</dependency>
  1. 消费者代码
import org.apache.rocketmq.client.consumer.DefaultMQPushConsumer;
import org.apache.rocketmq.client.consumer.listener.ConsumeConcurrentlyContext;
import org.apache.rocketmq.client.consumer.listener.ConsumeConcurrentlyStatus;
import org.apache.rocketmq.client.consumer.listener.MessageListenerConcurrently;
import org.apache.rocketmq.common.message.MessageExt;

import java.util.List;

public class ReliableConsumer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DefaultMQPushConsumer consumer = new DefaultMQPushConsumer("group1");
        consumer.setNamesrvAddr("127.0.0.1:9876");
        consumer.subscribe("TopicTest", "*");
        consumer.registerMessageListener(new MessageListenerConcurrently() {
            @Override
            public ConsumeConcurrentlyStatus consumeMessage(List<MessageExt> msgs, ConsumeConcurrentlyContext context) {
                for (MessageExt msg : msgs) {
                    System.out.println("Received message: " + new String(msg.getBody()));
                }
                return ConsumeConcurrentlyStatus.CONSUME_SUCCESS;
            }
        });
        consumer.start();
        System.out.println("Consumer started.");
    }
}

在上述消费者代码中，消费者订阅了 TopicTest 主题，当有消息到达时，会打印出消息内容。由于消息存储采用了同步刷盘和同步复制机制，消费者可以确保接收到的消息是已经可靠存储的。

总结 RocketMQ 消息存储可靠性保障的关键要点

RocketMQ 通过刷盘机制和主从复制机制等多方面保障消息存储的可靠性。在刷盘方面，同步刷盘保证消息立即持久化，异步刷盘在性能和可靠性之间进行平衡，通过合理调整刷盘相关参数可以优化性能和可靠性。主从复制机制中，同步复制确保主从数据一致，异步复制提高写入性能，同时通过调整相关参数来适应不同的业务场景。此外，通过监控刷盘状态和主从复制状态等指标，及时发现并处理可能出现的故障，确保消息存储的可靠性。在实际应用中，结合业务对性能和可靠性的需求，合理配置 RocketMQ 的参数，并通过代码示例中的生产者和消费者进行消息的可靠发送和接收，能够充分发挥 RocketMQ 在消息存储可靠性方面的优势。