RocketMQ消息是如何实现持久化的

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一、读队列与写队列

​ 在RocketMQ的管理控制台创建Topic时,可以看到要单独设置读队列和写队列。通常在运行时,都需要设置读队列=写队列。

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perm字段表示Topic的权限。有三个可选项。 2:禁写禁订阅,4:可订阅,不能写,6:可写可订阅

​ 这其中,写队列会真实的创建对应的存储文件,负责消息写入。而读队列会记录Consumer的Offset,负责消息读取。这其实是一种读写分离的思想。RocketMQ在最MessageQueue的路由策略时,就可以通过指向不同的队列来实现读写分离。

​ 在往写队列里写Message时,会同步写入到一个对应的读队列中。

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​ 这时,如果写队列大于读队列,就会有一部分写队列无法写入到读队列中,这一部分的消息就无法被读取,就会造成消息丢失。--消息存入了,但是读不出来。

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​ 而如果反过来,写队列小于读队列,那就有一部分读队列里是没有消息写入的。如果有一个消费者被分配的是这些没有消息的读队列,那这些消费者就无法消费消息,造成消费者空转,极大的浪费性能。

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​ 从这里可以看到,写队列>读队列,会造成消息丢失,写队列<读队列,又会造成消费者空转。所以,在使用时,都是要求 写队列=读队列。

​ 只有一种情况下可以考虑将读写队列设置为不一致,就是要对Topic的MessageQueue进行缩减的时候。例如原来四个队列,现在要缩减成两个队列。如果立即缩减读写队列,那么被缩减的MessageQueue上没有被消费的消息,就会丢失。这时,可以先缩减写队列,待空出来的读队列上的消息都被消费完了之后,再来缩减读队列,这样就可以比较平稳的实现队列缩减了。

二、消息持久化

​ RocketMQ消息直接采用磁盘文件保存消息,默认路径在${user_home}/store目录。这些存储目录可以在broker.conf中自行指定。

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存储文件主要分为三个部分:

  • CommitLog:存储消息的元数据。所有消息都会顺序存入到CommitLog文件当中。CommitLog由多个文件组成,每个文件固定大小1G。以第一条消息的偏移量为文件名。

  • ConsumerQueue:存储消息在CommitLog的索引。一个MessageQueue一个文件,记录当前MessageQueue被哪些消费者组消费到了哪一条CommitLog。

  • IndexFile:为了消息查询提供了一种通过key或时间区间来查询消息的方法,这种通过IndexFile来查找消息的方法不影响发送与消费消息的主流程

​ 另外,还有几个辅助的存储文件:

  • checkpoint:数据存盘检查点。里面主要记录commitlog文件、ConsumeQueue文件以及IndexFile文件最后一次刷盘的时间戳。

  • config/*.json:这些文件是将RocketMQ的一些关键配置信息进行存盘保存。例如Topic配置、消费者组配置、消费者组消息偏移量Offset 等等一些信息。

  • abort:这个文件是RocketMQ用来判断程序是否正常关闭的一个标识文件。正常情况下,会在启动时创建,而关闭服务时删除。但是如果遇到一些服务器宕机,或者kill -9这样一些非正常关闭服务的情况,这个abort文件就不会删除,因此RocketMQ就可以判断上一次服务是非正常关闭的,后续就会做一些数据恢复的操作。

  • **lock:**代表当前文件夹被某个RocketMQ占用了,这样如果本机器启动其他RocketMQ就无法使用这个文件夹了

​ 整体的消息存储结构如下图:

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​ 1、CommitLog文件存储所有消息实体。所有生产者发过来的消息,都会无差别的依次存储到Commitlog文件当中。这样的好处是可以减少查找目标文件的时间,让消息以最快的速度落盘。对比Kafka存文件时,需要寻找消息所属的Partition文件,再完成写入,当Topic比较多时,这样的Partition寻址就会浪费比较多的时间,所以Kafka不太适合多Topic的场景。而RocketMQ的这种快速落盘的方式在多Topic场景下,优势就比较明显。

​ **文件结构:**CommitLog的文件大小是固定的,但是其中存储的每个消息单元长度是不固定的,具体格式可以参考org.apache.rocketmq.store.CommitLog

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​ 正因为消息的记录大小不固定,所以RocketMQ在每次存CommitLog文件时,都会去检查当前CommitLog文件空间是否足够,如果不够的话,就重新创建一个CommitLog文件。文件名为当前消息的偏移量**。**

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比如当前消息已经存储10万条消息,并且1G空间已经用完,那么就会再次创建一个文件,将10万这个偏移量写到文件名中,然后前面用0补位如:00000000000000100000,这样当读取完第一个文件的时候就可以根据偏移量读取第二个文件。

​ 2、ConsumeQueue文件主要是加速消费者的消息索引(只存当前topic在CommitLog中消息的索引位置)。他的每个文件夹对应RocketMQ中的一个MessageQueue,如下四个文件则对应4个MessageQueue

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文件夹下的文件记录了每个MessageQueue中的消息在CommitLog文件当中的偏移量,文件默认初始大小为6MB

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这样,消费者通过ComsumeQueue文件,就可以快速找到CommitLog文件中感兴趣的消息记录。而消费者在ConsumeQueue文件当中的消费进度,会保存在config/consumerOffset.json文件当中。

文件结构: 每个ConsumeQueue文件固定由30万个固定大小20byte的数据块组成,数据块的内容包括:msgPhyOffset(8byte,消息在文件中的起始位置)+msgSize(4byte,消息在文件中占用的长度)+msgTagCode(8byte,消息的tag的Hash值)。

这样通过msgPhyOffset消息在CommitLog的起始位置,然后再通过msgSize消息的长度,这样就可以完整的读出消息,而msgTagCode则作为过滤消息的作用,这样显而易见,通过Tag来过滤消息,效率是非常高的

​ 在ConsumeQueue.java当中有一个常量CQ_STORE_UNIT_SIZE=20,这个常量就表示一个数据块的大小。

​ 3、IndexFile文件主要是辅助消息检索。消费者进行消息消费时,通过ConsumeQueue文件就足够完成消息检索了,但是如果要按照MeessageId或者MessageKey来检索文件,比如RocketMQ管理控制台的消息轨迹功能,ConsumeQueue文件就不够用了。IndexFile文件就是用来辅助这类消息检索的。他的文件名比较特殊,不是以消息偏移量命名,而是用的时间命名。但是其实,他也是一个固定大小的文件。

文件结构:他的文件结构由 indexHeader(固定40byte)+ slot(固定500W个,每个固定20byte) + index(最多500W*4个,每个固定20byte) 三个部分组成