MQ大牛成长课–从0到1手写分布式消息队列中间件（完结）手写一个分布式消息队列中间件（MQ）是一个复杂的系统工程，涉及网

手写一个分布式消息队列中间件（MQ）是一个复杂的系统工程，涉及网络通信、存储引擎、分布式协议、高可用性等多个核心模块。以下是实现一个基础版分布式消息队列的完整思路和代码框架，帮助你从0到1构建一个轻量级MQ。

MQ大牛成长课–从0到1手写分布式消息队列中间件_优课it

一、核心设计目标

基础功能：消息的发布、存储、消费、ACK确认
扩展性：支持水平扩展（Broker集群）
高可用：消息持久化、副本机制
高性能：低延迟、高吞吐量

二、架构设计

1. 单机版MQ核心模块

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+---------------------+
|      Producer       |  --> 发送消息
+---------------------+
          |
          | (TCP/HTTP)
          v
+---------------------+
|        Broker       |
| +-----------------+ |
| |  Storage Engine | |  --> 消息存储（内存+磁盘）
| +-----------------+ |
| +-----------------+ |
| |  Request Handler| |  --> 处理生产/消费请求
| +-----------------+ |
+---------------------+
          |
          | (TCP/HTTP)
          v
+---------------------+
|      Consumer       |  --> 消费消息
+---------------------+

2. 分布式扩展

Broker集群：多个Broker节点组成集群
服务发现：ZooKeeper/Etcd 管理节点注册与发现
分区机制：Topic分片存储在不同Broker
副本机制：主从复制保证高可用

三、核心实现步骤

1. 存储引擎设计

内存队列：快速读写（使用 ConcurrentHashMap + PriorityQueue）
磁盘持久化：顺序写日志（类似Kafka的Segment设计）
索引文件：加速消息查找

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// 存储引擎核心逻辑（简化版）
public class StorageEngine {
    // 内存中的消息队列（按Topic分区）
    private Map<String, Queue<Message>> topicQueues = new ConcurrentHashMap<>();
    
    // 持久化到磁盘（使用文件存储）
    public void appendToDisk(Message message) {
        try (FileChannel channel = new FileOutputStream("message.log", true).getChannel()) {
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(message.serialize());
            channel.write(buffer);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    // 从磁盘加载消息（启动时恢复）
    public void loadFromDisk() {
        // 解析文件并重建内存队列
    }
}

2. 网络通信层

协议设计：自定义二进制协议或使用HTTP/Protobuf
高性能IO：使用Netty实现异步非阻塞通信

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// Netty服务端核心代码（简化）
public class BrokerServer {
    public void start(int port) {
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
        try {
            ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
            bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
                     .channel(NioServerSocketChannel.class)
                     .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                         @Override
                         protected void initChannel(SocketChannel ch) {
                             ch.pipeline().addLast(new MessageDecoder());  // 解码器
                             ch.pipeline().addLast(new MessageHandler());  // 业务处理
                         }
                     });
            ChannelFuture future = bootstrap.bind(port).sync();
            future.channel().closeFuture().sync();
        } finally {
            bossGroup.shutdownGracefully();
            workerGroup.shutdownGracefully();
        }
    }
}

3. Producer/Consumer客户端

Producer：发送消息到指定Topic
Consumer：订阅Topic并拉取消息，支持ACK机制

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// Producer发送消息示例
public class Producer {
    public void send(String topic, String message) {
        try (Socket socket = new Socket("localhost", 9090)) {
            OutputStream out = socket.getOutputStream();
            out.write(serializeMessage(topic, message));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

// Consumer消费消息示例
public class Consumer {
    public void poll(String topic) {
        // 发送订阅请求到Broker
        // 长轮询或事件驱动模式获取消息
    }
}

4. 分布式集群实现

服务注册与发现：使用ZooKeeper管理Broker节点
分区路由：基于一致性哈希或Range策略分配Topic分区
副本同步：Leader-Follower副本同步（类似Kafka）

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// ZooKeeper服务注册示例
public class ServiceRegistry {
    private CuratorFramework client;
    
    public void register(String brokerId, String address) {
        try {
            client.create()
                 .creatingParentsIfNeeded()
                 .withMode(CreateMode.EPHEMERAL)
                 .forPath("/brokers/" + brokerId, address.getBytes());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}