MQ大牛成长课–从0到1手写分布式消息队列中间件(言果fx)

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第一部分:消息队列核心理论与架构设计

模块 1:消息队列本质与应用场景

核心价值:解耦微服务、削峰填谷、异步通信的底层逻辑;

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行业案例:电商下单(库存 / 支付异步解耦)、日志收集(高吞吐量设计)、实时推荐(消息有序性保障);

主流 MQ 对比:Kafka(高吞吐)、RocketMQ(金融级可靠)、Pulsar(云原生)的设计取舍分析。

模块 2:手写 MQ 核心架构设计

分层架构

网络层:自研 TCP 通信框架(Netty/NIO 实现),支持长连接与心跳机制;

协议层:自定义二进制协议(解决粘包拆包问题),兼容 JSON/Protobuf 序列化;

存储层:基于文件系统的高性能消息存储(顺序写优化、索引设计);

逻辑层:生产者 / 消费者模型(负载均衡、重试机制)、主题与队列管理;

分布式特性:集群节点发现(ZooKeeper/Etcd)、数据分片(一致性哈希算法)、故障转移(主从复制策略)。

第二部分:核心模块开发实战 —— 从 0 到 1 实现基础 MQ

模块 3:网络通信与协议设计(手写代码)

自研 NIO 通信框架

实现 Reactor 多线程模型(主从 Reactor 分工);

封装 Channel 管理类,支持连接超时、异常重连;

自定义通信协议

协议格式:魔数(4 字节)+ 消息长度(4 字节)+ 数据内容;

粘包拆包处理:基于 DelimiterBasedFrameDecoder 的通用解决方案;

代码实战:完成生产者客户端与 Broker 服务端的首次通信,实现消息发送与接收。

模块 4:高性能消息存储系统(核心难点突破)

文件存储设计

分段日志文件(单个文件 1GB,按时间戳命名);

索引文件(CommitLog 主日志 + Index 索引文件,提升消息查询效率);

顺序写优化

使用 FileChannel.map () 实现内存映射文件,吞吐量提升 300%;

异步刷盘策略(同步刷盘 vs 异步刷盘,数据可靠性与性能平衡);

消息读写流程

生产者写入:构建消息实体→写入 CommitLog→更新 Index 索引;

消费者读取:根据 Offset 查找 Index→定位 CommitLog 偏移量→读取消息内容;

实战成果:实现单 Broker 每秒 10 万 + 消息吞吐量,延迟控制在 50μs 以内。

第三部分:分布式特性实现 —— 从单体到集群的进化

模块 5:集群管理与高可用性

节点发现机制

基于 ZooKeeper 实现 Broker 节点注册与动态感知;

消费者负载均衡:轮询、随机、权重分配策略实现;

主从复制架构

同步复制(主从都落盘才返回成功,强一致性);

异步复制(主节点落盘即返回,最终一致性);

故障转移:从节点自动升级为主节点(选举算法实现);

数据分片策略

哈希分片(消息按 Topic 分区,负载均衡);

范围分片(按时间戳分区,适合日志场景);

一致性哈希算法(解决节点动态增减时的数据迁移问题)。

模块 6:高级特性开发

事务消息

两阶段提交(Half Message 机制,解决分布式事务一致性);

事务状态回查(消费者超时未处理时的补偿逻辑);

延时消息

基于优先级队列(DelayQueue)实现定时投递;

时间轮算法(优化大规模延时消息的内存占用);

死信队列

消费者多次消费失败后的消息转移策略;

死信消息人工干预与重新投递接口设计。

第四部分:性能优化与生产级落地

模块 7:性能压测与瓶颈分析

压测工具链

自研压测客户端(模拟万级生产者 / 消费者并发);

集成 Prometheus+Grafana 监控指标(QPS、RT、内存 / 磁盘利用率);

优化实战

批量发送 / 消费(减少网络 IO 次数,吞吐量提升 50%);

零拷贝技术(sendfile 实现内核态直接数据传输);

索引结构优化(B + 树 vs 跳表,查询效率对比测试);

性能指标

单 Broker 支持 10 万 + TPS,集群可扩展至百万级;

消息端到端延迟≤100μs(同步刷盘场景)。

模块 8:生产环境落地指南

部署架构

多机房容灾(异地多活架构设计);

Docker 容器化部署(K8s 集群资源调度);

监控与运维

消息堆积预警(设置阈值触发报警);

全链路追踪(消息轨迹查询,定位消费延迟问题);

兼容性设计

多语言客户端支持(Java/Go/Python SDK 封装);

协议兼容(支持 AMQP、MQTT 等标准协议接入)。

第五部分:职业发展与大厂面试攻略

模块 9:算法工程师 / 架构师面试高频考点

原理深挖

为什么 Kafka 的吞吐量比 RocketMQ 高?(磁盘顺序写 vs 内存映射文件);

如何保证消息不重复、不丢失?(生产者幂等性 + 消费者 offset 管理);

系统设计

设计一个支持百万级 QPS 的消息队列,如何分片?

实现分布式事务消息,有哪些技术方案?(对比 RocketMQ 与 Seata);

代码面试

现场编写生产者发送消息的核心逻辑(Netty ChannelHandler 实现);

设计 Index 索引的数据结构(跳跃表插入 / 查询算法)。

模块 10:项目包装与薪资谈判

简历亮点打造

项目成果:“手写分布式 MQ,单节点吞吐量达 12 万 TPS,延迟降低至行业标杆的 80%”;

技术深度:“自主设计一致性哈希算法,节点增减时数据迁移量减少 40%”;