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介绍:
用途:
MQ可以将系统的超量请求暂存其中,以便系统后期可以慢慢进行处理,从而避免了请求的丢失或系统被压垮。
上游系统对下游系统的调用若为同步调用,则会大大降低系统的吞吐量与并发度,且系统耦合度太高。 而异步调用则会解决这些问题。所以两层之间若要实现由同步到异步的转化,一般性做法就是,在这两层间添加一个MQ层。
MQ产品:
特性 | ActiveMQ | RabbitMQ | RocketMQ | Kafka |
---|---|---|---|---|
产生时间 | 2007 | 2010 | 2017 | 2012 |
开发语言 | java | erlang | java | scla |
单机吞吐量 | 万级 | 万级 | 10 万级 | 10 万级 |
时效性 - 消息延迟 | ms 级 | us 级 | ms 级 | ms 级别内 |
可用性 - 架构设计 | 高(主从架构) | 高(主从架构) | 非常高(分布式架构) | 非常高(分布式架构) |
消息丢失 | 理论上不会丢失 | 理论上不会丢失 | 理论上不会丢失 | 理论上不会丢失 |
生产者消费者模式 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 |
发布订阅模式 | 支持 | 支持 | 支持 | 支持 |
支持协议 | STOMP | AMQP | 自定义一套 | |
持久化 | 内存、文件、数据库 | 内存、文件 | 磁盘文件 |
Topic :货物tag= 上海tag= 江苏 tag= 浙江------- 消费者 -----topic= 货物 tag = 上海topic= 货物 tag = 上海 | 浙江topic= 货物 tag = *
1 Producer
数据写入到MQ中的过程
从MQ中获取到数据的过程
消费者组中Consumer的数量应该小于等于订阅Topic的Queue数量。如果超出Queue数量,则多出的Consumer将不能消费消息。
不过,一个Topic类型的消息可以被多个消费者组同时消费。
注意,1 )消费者组只能消费一个 Topic 的消息,不能同时消费多个 Topic 消息2 )一个消费者组中的消费者必须订阅完全相同的 Topic
注意,这是与其它像 zk 、 Eureka 、 Nacos 等注册中心不同的地方。这种 NameServer 的无状态方式,有什么优缺点:优点: NameServer 集群搭建简单,扩容简单。缺点:对于 Broker ,必须明确指出所有 NameServer 地址。否则未指出的将不会去注册。也正因为如此,NameServer 并不能随便扩容。因为,若 Broker 不重新配置,新增的 NameServer 对于 Broker 来说是不可见的,其不会向这个 NameServer 进行注册。
扩展:对于RocketMQ 日常运维工作,例如 Broker 升级,需要停掉 Broker 的工作。 OP 需要怎么 做?OP需要将 Broker 的读写权限禁掉。一旦 client(Consumer 或 Producer) 向 broker 发送请求,都会收到broker 的 NO_PERMISSION 响应,然后 client 会进行对其它 Broker 的重试。当OP 观察到这个 Broker 没有流量后,再关闭它,实现 Broker 从 NameServer 的移除。OP :运维工程师SRE : Site Reliability Engineer ,现场可靠性工程师
扩展:1) Push 模型:推送模型。其实时性较好,是一个 “ 发布 - 订阅 ” 模型,需要维护一个长连接。而长连接的维护是需要资源成本的。该模型适合于的场景:
- 实时性要求较高
- Client数量不多,Server数据变化较频繁
2) Pull 模型:拉取模型。存在的问题是,实时性较差。3) Long Polling 模型:长轮询模型。其是对 Push 与 Pull 模型的整合,充分利用了这两种模型的优势,屏蔽了它们的劣势。
扩展: Zookeeper Client 是如何选择 Zookeeper Server 的?简单来说就是, 经过两次Shuffle,然后选择第一台Zookeeper Server。 详细说就是,将配置文件中的zk server 地址进行第一次shuffle,然后随机选择一个。这个选择出的一般都是一个hostname。然后获取到该 hostname 对应的所有 ip ,再对这些 ip 进行第二次 shuffle ,从 shuffle 过的结果中取第一个 server 地址进行连接。
Kafka 0.8 版本之后, offset 是存放在 Broker 中的,之前版本是存放在 Zookeeper 中的。
工作过程:
1)启动NameServer,NameServer启动后开始监听端口,等待Broker、Producer、Consumer连接。
二、Topic的创建模式
三、读/写队列
复制策略:
复制策略是Broker的Master与Slave间的数据同步方式。分为同步复制与异步复制:
同步复制:消息写入master后,master会等待slave同步数据成功后才向producer返回成功ACK
异步复制:消息写入master后,master立即向producer返回成功ACK,无需等待slave同步数据成 功
异步复制策略会降低系统的写入延迟,RT变小,提高了系统的吞吐量
刷盘策略:
刷盘策略指的是broker中消息的落盘方式,即消息发送到broker内存后消息持久化到磁盘的方式。分为 同步刷盘与异步刷盘:
同步刷盘:当消息持久化到broker的磁盘后才算是消息写入成功。
异步刷盘:当消息写入到broker的内存后即表示消息写入成功,无需等待消息持久化到磁盘。
1)异步刷盘策略会降低系统的写入延迟,RT变小,提高了系统的吞吐量 2)消息写入到Broker的内存,一般是写入到了PageCache
3)对于异步 刷盘策略,消息会写入到PageCache后立即返回成功ACK。但并不会立即做落盘操 作,而是当PageCache到达一定量时会自动进行落盘。
- if (FlushDiskType.SYNC_FLUSH == defaultMessageStore.getMessageStoreConfig().getFlushDiskType()) {
- this.flushCommitLogService = new GroupCommitService(); //同步
- } else {
- this.flushCommitLogService = new FlushRealTimeService(); // 异步
- }
-
- this.commitLogService = new CommitRealTimeService(); 异步转存
多Master :
前提:Master 都配置了 RAID 磁盘阵列。如果没有配置,一旦出现某 Master 宕机,则会发生大量消息丢失的情况。
多Master多Slave模式-异步复制:
异步复制:
消息写入master成功后,master立即向 producer返回成功ACK,无需等待slave同步数据成功。
该模式的最大特点之一是,当master宕机后slave能够自动切换为master。不过由于slave从master的同步具有短暂的延迟(毫秒级),所以当master宕机后,这种异步复制方式可能会存在少量消息的丢失问题。
Slave 从 Master 同步的延迟越短,其可能丢失的消息就越少对于 Master 的 RAID 磁盘阵列,若使用的也是异步复制策略,同样也存在延迟问题,同样也可能会丢失消息。但RAID 阵列的秘诀是微秒级的(因为是由硬盘支持的),所以其丢失的数据量会更少。
多Master多Slave模式-同步双写 :
该模式是多Master多Slave模式的同步复制实现。所谓同步双写,指的是消息写入master成功后, master会等待slave同步数据成功后才向producer返回成功ACK,即master与slave都要写入成功后才会返回成功ACK,也即双写。
该模式与异步复制模式相比,优点是消息的安全性更高,不存在消息丢失的情况。但单个消息的RT略高,从而导致性能要略低(大约低10%)。
优点:数据与服务都无单点故障,Master宕机情况下,消息无延迟,服务可用性与数据可用性都非常高;
缺点:性能比异步复制模式略低(大约低10%左右),发送单个消息的RT会略高,且目前版本在主节点宕机后,备机不能自动切换为主机。
一般会为Master配置RAID10磁盘阵列,然后再为其配置一个Slave。即利用了RAID10磁盘阵列的高效、安全性,又解决了可能会影响订阅的问题。
1 ) RAID 磁盘阵列的效率要高于 Master-Slave 集群。因为 RAID 是硬件支持的。也正因为如此, 所以RAID 阵列的搭建成本较高。2 )多 Master+RAID 阵列,与多 Master 多 Slave 集群的区别是什么?多Master+RAID 阵列,其仅仅可以保证数据不丢失,即不影响消息写入,但其可能会影响到 消息的订阅。但其执行效率要远高于 多Master多Slave集群多Master 多 Slave 集群,其不仅可以保证数据不丢失,也不会影响消息写入。其运行效率要低于 多Master+RAID阵列
master/slave 高保证数据不丢失,高消费可用,多master是高可用。
路由表:实际是一个Map, key为Topic名称,value是一个QueueData实例列表。QueueData并不 是一个Queue对应一个QueueData,而是一个Broker中该Topic的所有Queue对应一个 QueueData。即,只要涉及到该Topic的Broker,一个Broker对应一个QueueData。QueueData中 包含brokerName。简单来说,路由表的key为Topic名称,value则为所有涉及该Topic的 BrokerName列表。
Broker列表:其实际也是一个Map。 key为brokerName,value为BrokerData。一个Broker对应一 个BrokerData实例,对吗?不对。一套brokerName名称相同的Master-Slave小集群对应一个 BrokerData。BrokerData中包含brokerName及一个map。该map的key为brokerId,value为该 broker对应的地址。 brokerId为0表示该broker为Master,非0表示Slave。
该算法存在一个问题:由于某些原因,在某些Broker上的Queue可能 投递延迟较严重。从而导致 Producer的缓存队列中出现较大的 消息积压,影响消息的投递性能。
该算法也存在一个问题:消息在Queue上的分配不均匀。投递延迟小的Queue其可能会存在大量的消息。而对该Queue的消费者压力会增大,降低消息的消费能力,可能会导致MQ中消息的堆积。
- public DefaultMessageStore(final MessageStoreConfig messageStoreConfig, final BrokerStatsManager brokerStatsManager,
- final MessageArrivingListener messageArrivingListener, final BrokerConfig brokerConfig) throws IOException {
- // 消息到达监听 在消费长轮询中使用
- this.messageArrivingListener = messageArrivingListener;
- this.brokerConfig = brokerConfig;
- this.messageStoreConfig = messageStoreConfig;
- // broker状态管理
- this.brokerStatsManager = brokerStatsManager;
- // 内存映射文件创建服务
- this.allocateMappedFileService = new AllocateMappedFileService(this);
- this.commitLog = new CommitLog(this);
- // topic 与 多个comsumerqueue对应关系
- this.consumeQueueTable = new ConcurrentHashMap<>(32);
- // 刷盘服务
- this.flushConsumeQueueService = new FlushConsumeQueueService();
- // 清理commit log
- this.cleanCommitLogService = new CleanCommitLogService();
- // 清理ConsumeQueue
- this.cleanConsumeQueueService = new CleanConsumeQueueService();
- //存储状态管理
- this.storeStatsService = new StoreStatsService();
- // 索引服务
- this.indexService = new IndexService(this);
- // 主从同步服务
- this.haService = new HAService(this);
- // reputMessageService是用来把commitlog中的数据写到consumerqueue和index中
- this.reputMessageService = new ReputMessageService();
-
- this.scheduleMessageService = new ScheduleMessageService(this);
-
- // 直接内存池,避免频繁创建,在异步刷盘的时候作为与pagecache的数据交换区,通过commit操作完成数据传输到pagecache
- this.transientStorePool = new TransientStorePool(messageStoreConfig);
-
- if (messageStoreConfig.isTransientStorePoolEnable()) {
- this.transientStorePool.init();
- }
-
- // 启动mappedFile创建服务
- this.allocateMappedFileService.start();
- // 启动索引服务
- this.indexService.start();
-
- // 在上面的reputMessageService中的reput方法中,调用下面的2个的dodispatch方法
- this.dispatcherList = new LinkedList<>();
- this.dispatcherList.addLast(new CommitLogDispatcherBuildConsumeQueue());
- this.dispatcherList.addLast(new CommitLogDispatcherBuildIndex());
- }
说明:在很多资料中commitlog目录中的文件简单就称为commitlog文件。但在源码中,该文件 被命名为mappedFile。
第一个文件名一定是20位0构成的。因为第一个文件的第一条消息的偏移量commitlog offset为0当第一个文件放满时,则会自动生成第二个文件继续存放消息。假设第一个文件大小是 1073741820字节(1G = 1073741824字节),则第二个文件名就是00000000001073741824。以此类推,第n个文件名应该是前n-1个文件大小之和。一个Broker中所有mappedFile文件的commitlog offset是连续的
mappedFile文件是顺序读写的文件,所有其访问效率很高无论是SSD磁盘还是SATA磁盘,通常情况下,顺序存取效率都会高于随机存取
需要注意到,消息单元中是包含Queue相关属性的。所以,我们在后续的学习中,就需要十分 留意commitlog与queue间的关系是什么?一个mappedFile文件中第m+1个消息单元的commitlog,offset偏移量 L(m+1) = L(m) + MsgLen(m) (m >= 0)
目录与文件:
为了提高效率,会为每个Topic在~/store/consumequeue中创建一个目录,目录名为Topic名称。在该 Topic目录下,会再为每个该Topic的Queue建立一个目录,目录名为queueId。每个目录中存放着若干 consumequeue文件,consumequeue文件是commitlog的索引文件,可以根据consumequeue定位到具 体的消息。
consumequeue文件名也由20位数字构成,表示当前文件的第一个索引条目的起始位移偏移量。与 mappedFile文件名不同的是,其后续文件名是固定的。因为consumequeue文件大小是固定不变的。
索引条目:
每个consumequeue文件可以包含30w个索引条目,每个索引条目包含了三个消息重要属性:消息在 mappedFile文件中的偏移量CommitLog Offset、消息长度、消息Tag的hashcode值。这三个属性占20 个字节,所以每个文件的大小是固定的30w * 20字节。
一个consumequeue文件中所有消息的Topic一定是相同的。但每条消息的Tag可能是不同的。
消息写入:
一条消息进入到Broker后经历了以下几个过程才最终被持久化。
消息拉取:
当Consumer来拉取消息时会经历以下几个步骤:
1.Consumer获取到其要消费消息所在Queue的消费偏移量offset,计算出其要消费消息的 消息offset
消费offset即消费进度,consumer对某个Queue的消费offset,即消费到了该Queue的第几 条消息 消息offset = 消费offset + 1
2.Consumer向Broker发送拉取请求,其中会包含其要拉取消息的Queue、消息offset及消息 Tag。
3.Broker计算在该consumequeue中的queueOffset。
queueOffset = 消息offset * 20字节
4.从该queueOffset处开始向后查找第一个指定Tag的索引条目。
5.解析该索引条目的前8个字节,即可定位到该消息在commitlog中的commitlog offset
6.从对应commitlog offset中读取消息单元,并发送给Consumer
性能提升:
RocketMQ中,无论是消息本身还是消息索引,都是存储在磁盘上的。其不会影响消息的消费吗?当然 不会。其实RocketMQ的性能在目前的MQ产品中性能是非常高的。因为系统通过一系列相关机制大大 提升了性能。
首先,RocketMQ对文件的读写操作是通过mmap零拷贝进行的,将对文件的操作转化为直接对内存地址进行操作,从而极大地提高了文件的读写效率。
其次,consumequeue中的数据是顺序存放的,还引入了PageCache的预读取机制,使得对 consumequeue文件的读取几乎接近于内存读取,即使在有消息堆积情况下也不会影响性能。
PageCache机制,页缓存机制,是OS对文件的缓存机制,用于加速对文件的读写操作。一般来说,程序对文件进行顺序读写的速度几乎接近于内存读写速度,主要原因是由于OS使用 PageCache机制对读写访问操作进行性能优化,将一部分的内存用作PageCache。
写操作:OS会先将数据写入到PageCache中,随后会以异步方式由pdflush(page dirty flush) 内核线程将Cache中的数据刷盘到物理磁盘
读操作:若用户要读取数据,其首先会从PageCache中读取,若没有命中,则OS在从物理磁 盘上加载该数据到PageCache的同时,也会顺序对其相邻数据块中的数据进行预读取。
除了通过通常的指定Topic进行消息消费外,RocketMQ还提供了根据key进行消息查询的功能。该查询 是通过store目录中的index子目录中的indexFile进行索引实现的快速查询。当然,这个indexFile中的索 引数据是在包含了key的消息被发送到Broker时写入的。如果消息中没有包含key,则不会写入。
每个Broker中会包含一组indexFile,每个indexFile都是以一个时间戳命名的(这个indexFile被创建时的时间戳)。每个indexFile文件由三部分构成:indexHeader,slots槽位,indexes索引数据。每个 indexFile文件中包含500w个slot槽。而每个slot槽又可能会挂载很多的index索引单元。
indexHeader固定40个字节,其中存放着如下数据:
indexFile中最复杂的是Slots与Indexes间的关系。在实际存储时,Indexes是在Slots后面的,但为了便 于理解,将它们的关系展示为如下形式:
key的hash值 % 500w的结果即为slot槽位,然后将该slot值修改为该index索引单元的indexNo,根 据这个indexNo可以计算出该index单元在indexFile中的位置。不过,该取模结果的重复率是很高的, 为了解决该问题,在每个index索引单元中增加了preIndexNo,用于指定该slot中当前index索引单元的 前一个index索引单元。而slot中始终存放的是其下最新的index索引单元的indexNo,这样的话,只要 找到了slot就可以找到其最新的index索引单元,而通过这个index索引单元就可以找到其之前的所有 index索引单元。
indexNo是一个在indexFile中的流水号,从0开始依次递增。即在一个indexFile中所有indexNo是 以此递增的。indexNo在index索引单元中是没有体现的,其是通过indexes中依次数出来的。
index索引单元默写20个字节,其中存放着以下四个属性:
indexFile的文件名为当前文件被创建时的时间戳。这个时间戳有什么用处呢?
根据业务key进行查询时,查询条件除了key之外,还需要指定一个要查询的时间戳,表示要查询不大于该时间戳的最新的消息,即查询指定时间戳之前存储的最新消息。这个时间戳文件名可以简化查询,提 高查询效率。具体后面会详细讲解。
indexFile文件是何时创建的?其创建的条件(时机)有两个:
由于可以推算出,一个indexFile的最大大小是:(40 + 500w * 4 + 2000w * 20)字节
当消费者通过业务key来查询相应的消息时,其需要经过一个相对较复杂的查询流程。不过,在分析查询流程之前,首先要清楚几个定位计算式子:
计算指定消息key的slot槽位序号: slot槽位序号 = key的hash % 500w
计算槽位序号为n的slot在indexFile中的起始位置: slot(n)位置 = 40 + (n - 1) * 4
计算indexNo为m的index在indexFile中的位置: index(m)位置 = 40 + 500w * 4 + (m - 1) * 20
40为indexFile中indexHeader的字节数
500w * 4 是所有slots所占的字节数
流程:
消费者从Broker中获取消息的方式有两种:pull拉取方式和push推动方式。消费者组对于消息消费的模 式又分为两种:集群消费Clustering和广播消费Broadcasting。
拉取式消费:
Consumer主动从Broker中拉取消息,主动权由Consumer控制。一旦获取了批量消息,就会启动消费过程。不过,该方式的实时性较弱,即Broker中有了新的消息时消费者并不能及时发现并消费。
由于拉取时间间隔是由用户指定的,所以在设置该间隔时需要注意平稳:间隔太短,空请求比 例会增加;间隔太长,消息的实时性太差
推送式消费:
该模式下Broker收到数据后会主动推送给Consumer。该获取方式一般实时性较高。
该获取方式是典型的发布-订阅模式,即Consumer向其关联的Queue注册了监听器,一旦发现有新的 消息到来就会触发回调的执行,回调方法是Consumer去Queue中拉取消息。而这些都是基于Consumer 与Broker间的长连接的。长连接的维护是需要消耗系统资源的。
对比:
pull:需要应用去实现对关联Queue的遍历,实时性差;但便于应用控制消息的拉取
push:封装了对关联Queue的遍历,实时性强,但会占用较多的系统资源
广播消费:
广播消费模式下,相同Consumer Group的每个Consumer实例都接收同一个Topic的全量消息。即每条 消息都会被发送到Consumer Group中的每个Consumer。
集群消费:
集群消费模式下,相同Consumer Group的每个Consumer实例平均分摊同一个Topic的消息。即每条消息只会被发送到Consumer Group中的某个Consumer。
消息进度保存:
Rebalance机制讨论的前提是:集群消费。
什么是Rebalance?
Rebalance即再均衡,指的是,将⼀个Topic下的多个Queue在同⼀个Consumer Group中的多个 Consumer间进行重新分配的过程。
Rebalance机制的本意是为了提升消息的并行消费能力。例如,⼀个Topic下5个队列,在只有1个消费者的情况下,这个消费者将负责消费这5个队列的消息。如果此时我们增加⼀个消费者,那么就可以给其中⼀个消费者分配2个队列,给另⼀个分配3个队列,从而提升消息的并行消费能力。
Rebalance限制:
由于⼀个队列最多分配给⼀个消费者,因此当某个消费者组下的消费者实例数量大于队列的数量时, 多余的消费者实例将分配不到任何队列。
Rebalance危害:
消费暂停:在只有一个Consumer时,其负责消费所有队列;在新增了一个Consumer后会触发 Rebalance的发生。此时原Consumer就需要暂停部分队列的消费,等到这些队列分配给新的Consumer 后,这些暂停消费的队列才能继续被消费。
消费重复:Consumer 在消费新分配给自己的队列时,必须接着之前Consumer 提交的消费进度的offset 继续消费。然而默认情况下,offset是异步提交的,这个异步性导致提交到Broker的offset与Consumer 实际消费的消息并不一致。这个不一致的差值就是可能会重复消费的消息。
同步提交:consumer提交了其消费完毕的一批消息的offset给broker后,需要等待broker的成功 ACK。当收到ACK后,consumer才会继续获取并消费下一批消息。在等待ACK期间,consumer 是阻塞的。
异步提交:consumer提交了其消费完毕的一批消息的offset给broker后,不需要等待broker的成 功ACK。consumer可以直接获取并消费下一批消息。
对于一次性读取消息的数量,需要根据具体业务场景选择一个相对均衡的是很有必要的。因为 数量过大,系统性能提升了,但产生重复消费的消息数量可能会增加;数量过小,系统性能会 下降,但被重复消费的消息数量可能会减少。
消费突刺:由于Rebalance可能导致重复消费,如果需要重复消费的消息过多,或者因为Rebalance暂停 时间过长从而导致积压了部分消息。那么有可能会导致在Rebalance结束之后瞬间需要消费很多消息。
Rebalance产生的原因
导致Rebalance产生的原因,无非就两个:消费者所订阅Topic的Queue数量发生变化,或消费者组中消费者的数量发生变化。
1)Queue数量发生变化的场景:
Broker扩容或缩容
Broker升级运维
Broker与NameServer间的网络异常
Queue扩容或缩容
2)消费者数量发生变化的场景:
Consumer Group扩容或缩容
Consumer升级运维
Consumer与NameServer间网络异常
Rebalance过程
在Broker中维护着多个Map集合,这些集合中动态存放着当前Topic中Queue的信息、Consumer Group 中Consumer实例的信息。一旦发现消费者所订阅的Queue数量发生变化,或消费者组中消费者的数量发生变化,立即向Consumer Group中的每个实例发出Rebalance通知。
TopicConågManager:key是topic名称,value是TopicConåg。TopicConåg中维护着该Topic中所 有Queue的数据。
ConsumerManager:key是Consumser Group Id,value是ConsumerGroupInfo。 ConsumerGroupInfo中维护着该Group中所有Consumer实例数据。
ConsumerOffsetManager:key为Topic与订阅该Topic的Group的组合,即topic@group, value是一个内层Map。内层Map的key为QueueId,内层Map的value为该Queue的消费进度 offset。
Consumer实例在接收到通知后会采用Queue分配算法自己获取到相应的Queue,即由Consumer实例自主进行Rebalance。
一个Topic中的Queue只能由Consumer Group中的一个Consumer进行消费,而一个Consumer可以同时 消费多个Queue中的消息。那么Queue与Consumer间的配对关系是如何确定的,即Queue要分配给哪 个Consumer进行消费,也是有算法策略的。常见的有四种策略。这些策略是通过在创建Consumer时的构造器传进去的。
1.平均分配策略
该算法是要根据avg = QueueCount / ConsumerCount 的计算结果进行分配的。如果能够整除, 则按顺序将avg个Queue逐个分配Consumer;如果不能整除,则将多余出的Queue按照Consumer顺序 逐个分配。
该算法即,先计算好每个Consumer应该分得几个Queue,然后再依次将这些数量的Queue逐个 分配个Consumer。
2.环形平均策略
环形平均算法是指,根据消费者的顺序,依次在由queue队列组成的环形图中逐个分配。
该算法不用事先计算每个Consumer需要分配几个Queue,直接一个一个分即可
3.一致性hash策略
该算法会将consumer的hash值作为Node节点存放到hash环上,然后将queue的hash值也放到hash环 上,通过顺时针方向,距离queue最近的那个consumer就是该queue要分配的consumer。
该算法存在的问题:分配不均
4.同机房策略
该算法会根据queue的部署机房位置和consumer的位置,过滤出当前consumer相同机房的queue。然 后按照平均分配策略或环形平均策略对同机房queue进行分配。如果没有同机房queue,则按照平均分 配策略或环形平均策略对所有queue进行分配。
区别:
一致性hash算法存在的问题:
两种平均分配策略的分配效率较高,一致性hash策略的较低。因为一致性hash算法较复杂。另外,一 致性hash策略分配的结果也很大可能上存在不平均的情况。
一致性hash算法存在的意义:
其可以有效减少由于消费者组扩容或缩容所带来的大量的Rebalance。
一致性hash算法的应用场景:
Consumer数量变化较频繁的场景。
RocketMQ有一个原则:每条消息必须要被成功消费一次。
那么什么是成功消费呢?
Consumer在消费完消息后会向其消费进度记录器提交其消费消息的offset, offset被成功记录到记录器中,那么这条消费就被成功消费了。
什么是消费进度记录器? 对于广播消费模式来说,Consumer本身就是消费进度记录器。 对于集群消费模式来说,Broker是消费进度记录器。
订阅关系的一致性:
同一个消费者组(Group ID相同)下所有Consumer实例所订阅的Topic与Tag及对消息的处理逻辑必须完全一致。否则,消息消费的逻辑就会混乱,甚至导致消息丢失。
多个消费者组订阅了多个Topic,并且每个消费者组里的多个消费者实例的订阅关系保持了一致。
一个消费者组订阅了多个Topic,但是该消费者组里的多个Consumer实例的订阅关系并没有保持一致。
offset指的是Consumer的消费进度offset。
消费进度offset是用来记录每个Queue的不同消费组的消费进度的。根据消费进度记录器的不同,可以 分为两种模式:本地模式和远程模式。
当消费模式为广播消费时,offset使用本地模式存储。因为每条消息会被所有的消费者消费,每个消费 者管理自己的消费进度,各个消费者之间不存在消费进度的交集。
Consumer在广播消费模式下offset相关数据以json的形式持久化到Consumer本地磁盘文件中,默认文 件路径为当前用户主目录下的.rocketmq_offsets/${clientId}/${group}/Offsets.json 。 其中${clientId}为当前消费者id,默认为ip@DEFAULT;${group}为消费者组名称。
当消费模式为集群消费时,offset使用远程模式管理。因为所有Cosnumer实例对消息采用的是均衡消 费,所有Consumer共享Queue的消费进度。
Consumer在集群消费模式下offset相关数据以json的形式持久化到Broker磁盘文件中,文件路径为当前 用户主目录下的store/config/consumerOffset.json 。
Broker启动时会加载这个文件,并写入到一个双层Map(ConsumerOffsetManager)。外层map的key 为topic@group,value为内层map。内层map的key为queueId,value为offset。当发生Rebalance时, 新的Consumer会从该Map中获取到相应的数据来继续消费。
集群模式下offset采用远程管理模式,主要是为了保证Rebalance机制。
消费者是如何从最开始持续消费消息的?消费者要消费的第一条消息的起始位置是用户自己通过 consumer.setConsumeFromWhere()方法指定的。
在Consumer启动后,其要消费的第一条消息的起始位置常用的有三种,这三种位置可以通过枚举类型常量设置。这个枚举类型为ConsumeFromWhere。
CONSUME_FROM_LAST_OFFSET:从queue的当前最后一条消息开始消费 CONSUME_FROM_FIRST_OFFSET:从queue的第一条消息开始消费 CONSUME_FROM_TIMESTAMP:从指定的具体时间戳位置的消息开始消费。这个具体时间戳 是通过另外一个语句指定的 。
consumer.setConsumeTimestamp(“20210701080000”) yyyyMMddHHmmss
当消费完一批消息后,Consumer会提交其消费进度offset给Broker,Broker在收到消费进度后会将其更 新到那个双层Map(ConsumerOffsetManager)及consumerOffset.json文件中,然后向该Consumer进 行ACK,而ACK内容中包含三项数据:当前消费队列的最小offset(minOffset)、最大 offset(maxOffset)、及下次消费的起始offset(nextBeginOffset)。
当rocketMQ对消息的消费出现异常时,会将发生异常的消息的offset提交到Broker中的重试队列。系统 在发生消息消费异常时会为当前的topic@group创建一个重试队列,该队列以%RETRY%开头,到达重试时间后进行消费重试。
集群消费模式下,Consumer消费完消息后会向Broker提交消费进度offset,其提交方式分为两种:
同步提交:消费者在消费完一批消息后会向broker提交这些消息的offset,然后等待broker的成功响 应。若在等待超时之前收到了成功响应,则继续读取下一批消息进行消费(从ACK中获取 nextBeginOffset)。若没有收到响应,则会重新提交,直到获取到响应。而在这个等待过程中,消费 者是阻塞的。其严重影响了消费者的吞吐量。
异步提交:消费者在消费完一批消息后向broker提交offset,但无需等待Broker的成功响应,可以继续 读取并消费下一批消息。这种方式增加了消费者的吞吐量。但需要注意,broker在收到提交的offset 后,还是会向消费者进行响应的。可能还没有收到ACK,此时Consumer会从Broker中直接获取 nextBeginOffset。
当出现消费者对某条消息重复消费的情况时,重复消费的结果与消费一次的结果是相同的,并且多次消 费并未对业务系统产生任何负面影响,那么这个消费过程就是消费幂等的。
幂等:若某操作执行多次与执行一次对系统产生的影响是相同的,则称该操作是幂等的。
在互联网应用中,尤其在网络不稳定的情况下,消息很有可能会出现重复发送或重复消费。如果重复的 消息可能会影响业务处理,那么就应该对消息做幂等处理。
什么情况下可能会出现消息被重复消费呢?最常见的有以下三种情况:
发送时消息重复
当一条消息已被成功发送到Broker并完成持久化,此时出现了网络闪断,从而导致Broker对Producer应 答失败。 如果此时Producer意识到消息发送失败并尝试再次发送消息,此时Broker中就可能会出现两 条内容相同并且Message ID也相同的消息,那么后续Consumer就一定会消费两次该消息。
消费时消息重复
消息已投递到Consumer并完成业务处理,当Consumer给Broker反馈应答时网络闪断,Broker没有接收 到消费成功响应。为了保证消息至少被消费一次的原则,Broker将在网络恢复后再次尝试投递之前已 被处理过的消息。此时消费者就会收到与之前处理过的内容相同、Message ID也相同的消息。
Rebalance时消息重复
当Consumer Group中的Consumer数量发生变化时,或其订阅的Topic的Queue数量发生变化时,会触 发Rebalance,此时Consumer可能会收到曾经被消费过的消息。
两要素
幂等解决方案的设计中涉及到两项要素:幂等令牌,与唯一性处理。只要充分利用好这两要素,就可以 设计出好的幂等解决方案。
解决方案
对于常见的系统,幂等性操作的通用性解决方案是:
1. 首先通过缓存去重。在缓存中如果已经存在了某幂等令牌,则说明本次操作是重复性操作;若缓 存没有命中,则进入下一步。
2. 在唯一性处理之前,先在数据库中查询幂等令牌作为索引的数据是否存在。若存在,则说明本次 操作为重复性操作;若不存在,则进入下一步。
3. 在同一事务中完成三项操作:唯一性处理后,将幂等令牌写入到缓存,并将幂等令牌作为唯一索 引的数据写入到DB中。
第1步已经判断过是否是重复性操作了,为什么第2步还要再次判断?能够进入第2步,说明已经 不是重复操作了,第2次判断是否重复?
当然不重复。一般缓存中的数据是具有有效期的。缓存中数据的有效期一旦过期,就是发生缓 存穿透,使请求直接就到达了DBMS。
解决方案举例
以支付场景为例:
1. 当支付请求到达后,首先在Redis缓存中却获取key为支付流水号的缓存value。若value不空,则 说明本次支付是重复操作,业务系统直接返回调用侧重复支付标识;若value为空,则进入下一步 操作
2. 到DBMS中根据支付流水号查询是否存在相应实例。若存在,则说明本次支付是重复操作,业务 系统直接返回调用侧重复支付标识;若不存在,则说明本次操作是首次操作,进入下一步完成唯 一性处理
3. 在分布式事务中完成三项操作:
消费幂等的解决方案很简单:为消息指定不会重复的唯一标识。因为Message ID有可能出现重复的情 况,所以真正安全的幂等处理,不建议以Message ID作为处理依据。最好的方式是以业务唯一标识作为 幂等处理的关键依据,而业务的唯一标识可以通过消息Key设置。
以支付场景为例,可以将消息的Key设置为订单号,作为幂等处理的依据。具体代码示例如下:
Message message = new Message();
message.setKey("ORDERID_100");
SendResult sendResult = producer.send(message);
消费者收到消息时可以根据消息的Key即订单号来实现消费幂等:
consumer.registerMessageListener(new MessageListenerConcurrently() { @Override public ConsumeConcurrentlyStatus consumeMessage(List<MessageExt> msgs,ConsumeConcurrentlyContext context) { for (MessageExt msg : msgs) { String key = msg.getKeys(); // 根据业务唯一标识Key做幂等处理 // …… } return ConsumeConcurrentlyStatus.CONSUME_SUCCESS; } });RocketMQ能够保证消息不丢失,但不能保证消息不重复。
消息处理流程中,如果Consumer的消费速度跟不上Producer的发送速度,MQ中未处理的消息会越来 越多(进的多出的少),这部分消息就被称为堆积消息。消息出现堆积进而会造成消息的消费延迟。 以下场景需要重点关注消息堆积和消费延迟问题:
Consumer使用长轮询Pull模式消费消息时,分为以下两个阶段:
消息拉取
Consumer通过长轮询Pull模式批量拉取的方式从服务端获取消息,将拉取到的消息缓存到本地缓冲队 列中。对于拉取式消费,在内网环境下会有很高的吞吐量,所以这一阶段一般不会成为消息堆积的瓶颈。
一个单线程单分区的低规格主机(Consumer,4C8G),其可达到几万的TPS。如果是多个分区多 个线程,则可以轻松达到几十万的TPS。
消息消费
Consumer将本地缓存的消息提交到消费线程中,使用业务消费逻辑对消息进行处理,处理完毕后获取 到一个结果。这是真正的消息消费过程。此时Consumer的消费能力就完全依赖于消息的消费耗时和消费并发度了。如果由于业务处理逻辑复杂等原因,导致处理单条消息的耗时较长,则整体的消息吞吐 量肯定不会高,此时就会导致Consumer本地缓冲队列达到上限,停止从服务端拉取消息。
结论
消息堆积的主要瓶颈在于客户端的消费能力,而消费能力由消费耗时和消费并发度决定。注意,消费 耗时的优先级要高于消费并发度。即在保证了消费耗时的合理性前提下,再考虑消费并发度问题。
影响消息处理时长的主要因素是代码逻辑。而代码逻辑中可能会影响处理时长代码主要有两种类型: CPU内部计算型代码和外部I/O操作型代码。
通常情况下代码中如果没有复杂的递归和循环的话,内部计算耗时相对外部I/O操作来说几乎可以忽略。所以外部IO型代码是影响消息处理时长的主要症结所在。
外部IO操作型代码举例:
- 读写外部数据库,例如对远程MySQL的访问
- 读写外部缓存系统,例如对远程Redis的访问
- 下游系统调用,例如Dubbo的RPC远程调用,Spring Cloud的对下游系统的Http接口调用
关于下游系统调用逻辑需要进行提前梳理,掌握每个调用操作预期的耗时,这样做是为了能够 判断消费逻辑中IO操作的耗时是否合理。通常消息堆积是由于下游系统出现了服务异常或达到 了DBMS容量限制,导致消费耗时增加。
服务异常,并不仅仅是系统中出现的类似500这样的代码错误,而可能是更加隐蔽的问题。例 如,网络带宽问题。
达到了DBMS容量限制,其也会引发消息的消费耗时增加。
一般情况下,消费者端的消费并发度由单节点线程数和节点数量共同决定,其值为单节点线程数*节点数量。不过,通常需要优先调整单节点的线程数,若单机硬件资源达到了上限,则需要通过横向扩展 来提高消费并发度。
单节点线程数,即单个Consumer所包含的线程数量
节点数量,即Consumer Group所包含的Consumer数量
对于普通消息、延时消息及事务消息,并发度计算都是单节点线程数*节点数量。但对于顺序 消息则是不同的。顺序消息的消费并发度等于Topic的Queue分区数量。
1)全局顺序消息:该类型消息的Topic只有一个Queue分区。其可以保证该Topic的所有消息被 顺序消费。为了保证这个全局顺序性,Consumer Group中在同一时刻只能有一个Consumer的一 个线程进行消费。所以其并发度为1。
2)分区顺序消息:该类型消息的Topic有多个Queue分区。其仅可以保证该Topic的每个Queue 分区中的消息被顺序消费,不能保证整个Topic中消息的顺序消费。为了保证这个分区顺序性, 每个Queue分区中的消息在Consumer Group中的同一时刻只能有一个Consumer的一个线程进行 消费。即,在同一时刻最多会出现多个Queue分蘖有多个Consumer的多个线程并行消费。所以 其并发度为Topic的分区数量。
对于一台主机中线程池中线程数的设置需要谨慎,不能盲目直接调大线程数,设置过大的线程数反而会 带来大量的线程切换的开销。理想环境下单节点的最优线程数计算模型为:C *(T1 + T2)/ T1。
最优线程数 = C *(T1 + T2)/ T1 = C * T1/T1 + C * T2/T1 = C + C * T2/T1
注意,该计算出的数值是理想状态下的理论数据,在生产环境中,不建议直接使用。而是根据 当前环境,先设置一个比该值小的数值然后观察其压测效果,然后再根据效果逐步调大线程 数,直至找到在该环境中性能最佳时的值。
为了避免在业务使用时出现非预期的消息堆积和消费延迟问题,需要在前期设计阶段对整个业务逻辑进 行完善的排查和梳理。其中最重要的就是梳理消息的消费耗时和设置消息消费的并发度。
梳理消息的消费耗时
通过压测获取消息的消费耗时,并对耗时较高的操作的代码逻辑进行分析。梳理消息的消费耗时需要关注以下信息:
设置消费并发度
对于消息消费并发度的计算,可以通过以下两步实施:
节点数 = 流量峰值 / 单个节点消息吞吐量
消息被消费过后会被清理掉吗?不会的。
消息是被顺序存储在commitlog文件的,且消息大小不定长,所以消息的清理是不可能以消息为单位进行清理的,而是以commitlog文件为单位进行清理的。否则会急剧下降清理效率,并实现逻辑复杂。
commitlog文件存在一个过期时间,默认为72小时,即三天。除了用户手动清理外,在以下情况下也 会被自动清理,无论文件中的消息是否被消费过:
需要注意以下几点:
1)对于RocketMQ系统来说,删除一个1G大小的文件,是一个压力巨大的IO操作。在删除过程 中,系统性能会骤然下降。所以,其默认清理时间点为凌晨4点,访问量最小的时间。也正因如 果,我们要保障磁盘空间的空闲率,不要使系统出现在其它时间点删除commitlog文件的情况。
2)官方建议RocketMQ服务的Linux文件系统采用ext4。因为对于文件删除操作,ext4要比ext3性 能更好
MQ的消息生成到消费主要经历三个阶段:MQ消息生产、RocketMQ Broker存储消息、消费者消息对应的消息。
消息丢失主要会发生在下面几个地方:发送、存储、消费消息的三个阶段。
解决消息丢失从消息丢失的地方入手。
RocketMQ消息生产方式有三种:同步发送消息、异步发送消息、One-Way发送消息。不同的发送方式试用不同的场景:
同步发送消息: 重要的通知(订单状态的更新)、短信系统。
异步发送消息: 通常用于响应时间敏感的业务场景。
One-way: 主要用于对可靠性要求不高的场景,在金融的场景下不适用。一般是用于日志收集。
SendResult定义说明:
SEND_OK:
消息发送成功。要注意的是消息发送成功也不意味着它是可靠的。要确保不会丢失任何消息,还应启用同步Master服务器或同步刷盘,即SYNC_MASTER或SYNC_FLUSH。
FLUSH_DISK_TIMEOUT:
消息发送成功但是服务器刷盘超时。此时消息已经进入服务器队列(内存),只有服务器宕机,消息才会丢失。消息存储配置参数中可以设置刷盘方式和同步刷盘时间长度,如果Broker服务器设置了刷盘方式为同步刷盘,即FlushDiskType=SYNC_FLUSH(默认为异步刷盘方式),当Broker服务器未在同步刷盘时间内(默认为5s)完成刷盘,则将返回该状态——刷盘超时。
FLUSH_SLAVE_TIMEOUT:
消息发送成功,但是服务器同步到Slave时超时。此时消息已经进入服务器队列,只有服务器宕机,消息才会丢失。如果Broker服务器的角色是同步Master,即SYNC_MASTER(默认是异步Master即ASYNC_MASTER),并且从Broker服务器未在同步刷盘时间(默认为5秒)内完成与主服务器的同步,则将返回该状态——数据同步到Slave服务器超时。
SLAVE_NOT_AVAILABLE:
消息发送成功,但是此时Slave不可用。如果Broker服务器的角色是同步Master,即SYNC_MASTER(默认是异步Master服务器即ASYNC_MASTER),但没有配置slave Broker服务器,则将返回该状态——无Slave服务器可用。
各种模式遵循原则:
异步刷盘丢失少量消息,同步刷盘一条不丢
- /**
- * 消费重试配置方式
- *
- *
- * 集群消费方式下,消息消费失败后若希望消费重试,则需要在消息监听器接口的实现中明确进行如下三
- * 种方式之一的配置:
- * 方式1:返回ConsumeConcurrentlyStatus.RECONSUME_LATER(推荐)
- * 方式2:返回Null
- * 方式3:抛出异常
- *
- */
- public class RetryConsumer {
-
- public static void main(String[] args) throws MQClientException {
- DefaultMQPushConsumer consumer = new DefaultMQPushConsumer("cg");
- consumer.setNamesrvAddr("127.0.0.1:9876");
- consumer.setConsumeFromWhere(ConsumeFromWhere.CONSUME_FROM_FIRST_OFFSET);
- consumer.subscribe("someTopic", "*");
- consumer.registerMessageListener(new MessageListenerConcurrently() {
-
- @Override
- public ConsumeConcurrentlyStatus consumeMessage(List<MessageExt> msgs,
- ConsumeConcurrentlyContext context) {
- try {
-
- } catch (Throwable e) {
- // 消费失败
- return ConsumeConcurrentlyStatus.RECONSUME_LATER;
- // return null;
- // throw new RuntimeException("消费异常");
- }
-
- // 返回消费状态:消费成功
- return ConsumeConcurrentlyStatus.CONSUME_SUCCESS;
- }
- });
-
- // 开启消费者消费
- consumer.start();
- System.out.printf("Consumer Started.%n");
- }
- }
发送消息使用同步或者异步的方式,然后根据返回的 SendResult 来判断是否发送成功
Broker的刷盘方式配置成同步刷盘
消息消息失败根据业务需要来判断是否需要重新消费消息。
消息存储:
消息存储:
注意:
MQ消息的丢失主要发生在发送、存储、消费消息的三个阶段,所以需要防止消息丢失也要从这三个方面着手。
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