NSQ源码-NSQD

看完了nsqlookupd我们继续往下看, nsqd才是他的核心. 里面大量的使用到了go channel, 相信看完之后对你学习go有很大的帮助.相较于lookupd部分无论在代码逻辑和实现上都要复杂很多.
不过基本的代码结构基本上都是一样的, 进程使用go-srv来管理, Main里启动一个http sever和一个tcp server, 这里可以参考下之前文章的进程模型小节, 不过在nsqd中会启动另外的两个goroutine queueScanLoop和lookupLoop。下面是一个
具体的进程模型。

后面的分析都是基于这个进程模型。

NSQD的启动

启动时序这块儿大体上和lookupd中的一致, 我们下面来看看lookupLoop和queueScanLoop.
lookupLoop代码见nsqd/lookup.go中主要做以下几件事情:

和lookupd建立连接(这里是一个长连接)
每隔15s ping一下lookupd
新增或者删除topic的时候通知到lookupd
新增或者删除channel的时候通知到lookupd
动态的更新options

由于设计到了nsq里的in-flight/deferred message, 我们把queueScanLoop放到最后来看.

一条message的LifeLine

下面我们就通过一条message的生命周期来看下nsqd的工作原理. 根据官方的QuickStart, 我们可以通过curl来pub一条消息.

curl -d 'hello world 1' 'http://127.0.0.1:4151/pub?topic=test'

http handler

我们就跟着代码看一下, 首先是http对此的处理:

// nsq/nsqd/http.go
func (s *httpServer) doPUB(w http.ResponseWriter, req *http.Request, ps httprouter.Params) (interface{}, error) {
    ...
    reqParams, topic, err := s.getTopicFromQuery(req) // 从http query中拿到topic信息
    ...
}

// nsq/nsqd/http.go
func (s *httpServer) getTopicFromQuery(req *http.Request) (url.Values, *Topic, error) {
    reqParams, err := url.ParseQuery(req.URL.RawQuery)
    topicNames, ok := reqParams["topic"]
    return reqParams, s.ctx.nsqd.GetTopic(topicName), nil
}

// nsq/nsqd/nsqd.go
// GetTopic performs a thread safe operation
// to return a pointer to a Topic object (potentially new)
func (n *NSQD) GetTopic(topicName string) *Topic {
    // 1. 首先查看n.topicMap,确认该topic是否已经存在(存在直接返回)
    t, ok := n.topicMap[topicName]
    // 2. 否则将新建一个topic
    t = NewTopic(topicName, &context{n}, deleteCallback)
    n.topicMap[topicName] = t

    // 3. 查看该nsqd是否设置了lookupd, 从lookupd获取该tpoic的channel信息
    // 这个topic/channel已经通过nsqlookupd的api添加上去的, 但是nsqd的本地
    // 还没有, 针对这种情况我们需要创建该channel对应的deffer queue和inFlight
    // queue.
    lookupdHTTPAddrs := n.lookupdHTTPAddrs()
    if len(lookupdHTTPAddrs) > 0 {
        channelNames, err := n.ci.GetLookupdTopicChannels(t.name, lookupdHTTPAddrs)
    }
    // now that all channels are added, start topic messagePump
    // 对该topic的初始化已经完成下面就是message
    t.Start()
    return t
}

topic messagePump

在上面消息初始化完成之后就启动了tpoic对应的messagePump

// nsq/nsqd/topic.go
// messagePump selects over the in-memory and backend queue and
// writes messages to every channel for this topic
func (t *Topic) messagePump() {

    // 1. do not pass messages before Start(), but avoid blocking Pause() 
    // or GetChannel() 
    // 等待channel相关的初始化完成，GetTopic中最后的t.Start()才正式启动该Pump
    

    // 2. main message loop
    // 开始从Memory chan或者disk读取消息
    // 如果topic对应的channel发生了变化，则更新channel信息
    
    // 3. 往该tpoic对应的每个channel写入message(如果是deffermessage
    // 的话放到对应的deffer queue中
    // 否则放到该channel对应的memoryMsgChan中)。
}

至此也就完成了从tpoic memoryMsgChan收到消息投递到channel memoryMsgChan的投递, 我们先看下http
收到消息到通知pump处理的过程。

// nsq/nsqd/http.go
func (s *httpServer) doPUB(w http.ResponseWriter, req *http.Request, ps httprouter.Params) (interface{}, error) {
    ...
    msg := NewMessage(topic.GenerateID(), body)
    msg.deferred = deferred
    err = topic.PutMessage(msg)
    if err != nil {
        return nil, http_api.Err{503, "EXITING"}
    }

    return "OK", nil
}

// nsq/nsqd/topic.go
// PutMessage writes a Message to the queue
func (t *Topic) PutMessage(m *Message) error {
    t.RLock()
    defer t.RUnlock()
    if atomic.LoadInt32(&t.exitFlag) == 1 {
        return errors.New("exiting")
    }
    err := t.put(m)
    if err != nil {
        return err
    }
    atomic.AddUint64(&t.messageCount, 1)
    return nil
}

func (t *Topic) put(m *Message) error {
    select {
    case t.memoryMsgChan <- m:
    default:
        b := bufferPoolGet()
        err := writeMessageToBackend(b, m, t.backend)
        bufferPoolPut(b)
        t.ctx.nsqd.SetHealth(err)
        if err != nil {
            t.ctx.nsqd.logf(LOG_ERROR,
                "TOPIC(%s) ERROR: failed to write message to backend - %s",
                t.name, err)
            return err
        }
    }
    return nil
}

这里memoryMsgChan的大小我们可以通过--mem-queue-size参数来设置，上面这段代码的流程是如果memoryMsgChan还没有满的话
就把消息放到memoryMsgChan中，否则就放到backend(disk)中。topic的mesasgePump检测到有新的消息写入的时候就开始工作了，
从memoryMsgChan/backend(disk)读取消息投递到channel对应的chan中。还有一点请注意就是messagePump中

    if len(chans) > 0 && !t.IsPaused() {
        memoryMsgChan = t.memoryMsgChan
        backendChan = t.backend.ReadChan()
    }

这段代码只有channel(此channel非golang里的channel而是nsq的channel类似nsq_to_file)存在的时候才会去投递。上面部分就是
msg从producer生产消息到吧消息写到memoryChan/Disk的过程，下面我们来看下consumer消费消息的过程。

首先是consumer从nsqlookupd查询到自己所感兴趣的topic/channel的nsqd信息，然后就是来连接了。

tcp handler

对新的client的处理

//nsq/internal/protocol/tcp_server.go
func TCPServer(listener net.Listener, handler TCPHandler, logf lg.AppLogFunc) {
    go handler.Handle(clientConn)
}

//nsq/nsqd/tcp.go
func (p *tcpServer) Handle(clientConn net.Conn) {
    prot.IOLoop(clientConn)
}

针对每个client起一个messagePump吧msg从上面channel对应的chan 写入到consumer侧

//nsq/nsqd/protocol_v2.go
func (p *protocolV2) IOLoop(conn net.Conn) error {
    client := newClientV2(clientID, conn, p.ctx)
    p.ctx.nsqd.AddClient(client.ID, client)

    messagePumpStartedChan := make(chan bool)
    go p.messagePump(client, messagePumpStartedChan)

    // read the request
    line, err = client.Reader.ReadSlice('\n')
    response, err = p.Exec(client, params)
    p.Send(client, frameTypeResponse, response)

}

//nsq/nsqd/protocol_v2.go
func (p *protocolV2) Exec(client *clientV2, params [][]byte) ([]byte, error) {
    switch {
    case bytes.Equal(params[0], []byte("FIN")):
        return p.FIN(client, params)
    case bytes.Equal(params[0], []byte("RDY")):
        return p.RDY(client, params)
    case bytes.Equal(params[0], []byte("REQ")):
        return p.REQ(client, params)
    case bytes.Equal(params[0], []byte("PUB")):
        return p.PUB(client, params)
    case bytes.Equal(params[0], []byte("MPUB")):
        return p.MPUB(client, params)
    case bytes.Equal(params[0], []byte("DPUB")):
        return p.DPUB(client, params)
    case bytes.Equal(params[0], []byte("NOP")):
        return p.NOP(client, params)
    case bytes.Equal(params[0], []byte("TOUCH")):
        return p.TOUCH(client, params)
    case bytes.Equal(params[0], []byte("SUB")):
        return p.SUB(client, params)
    case bytes.Equal(params[0], []byte("CLS")):
        return p.CLS(client, params)
    case bytes.Equal(params[0], []byte("AUTH")):
        return p.AUTH(client, params)
    }
}

//nsq/nsqd/protocol_v2.go
func (p *protocolV2) SUB(client *clientV2, params [][]byte) ([]byte, error) {
    var channel *Channel
    topic := p.ctx.nsqd.GetTopic(topicName)
    channel = topic.GetChannel(channelName)
    channel.AddClient(client.ID, client)

    // 通知messagePump开始工作
    client.SubEventChan <- channel

通知topic的messagePump开始工作

func (t *Topic) GetChannel(channelName string) *Channel {
    t.Lock()
    channel, isNew := t.getOrCreateChannel(channelName)
    t.Unlock()

    if isNew {
        // update messagePump state
        select {
        case t.channelUpdateChan <- 1:
        case <-t.exitChan:
        }
    }

    return channel
}

message 对应的Pump

func (p *protocolV2) messagePump(client *clientV2, startedChan chan bool) {
    for {
        if subChannel == nil || !client.IsReadyForMessages() {
            // the client is not ready to receive messages...
            // 等待client ready，并且channel的初始化完成
            flushed = true
        } else if flushed {
            // last iteration we flushed...
            // do not select on the flusher ticker channel
            memoryMsgChan = subChannel.memoryMsgChan
            backendMsgChan = subChannel.backend.ReadChan()
            flusherChan = nil
        } else {
            // we're buffered (if there isn't any more data we should flush)...
            // select on the flusher ticker channel, too
            memoryMsgChan = subChannel.memoryMsgChan
            backendMsgChan = subChannel.backend.ReadChan()
            flusherChan = outputBufferTicker.C
        }

        select {
        case <-flusherChan:
            // if this case wins, we're either starved
            // or we won the race between other channels...
            // in either case, force flush
        case <-client.ReadyStateChan:
        case subChannel = <-subEventChan:
            // you can't SUB anymore
            // channel初始化完成，pump开始工作
            subEventChan = nil
        case identifyData := <-identifyEventChan:
            // you can't IDENTIFY anymore
        case <-heartbeatChan:
            // heartbeat的处理
        case b := <-backendMsgChan:
            // 1. decode msg
            // 2. 把msg push到Flight Queue里
            // 3. send msg to client
        case msg := <-memoryMsgChan:
            // 1. 把msg push到Flight Queue里
            // 2. send msg to client
        case <-client.ExitChan:
            // exit the routine
        }
    }

至此我们看的代码就是一条消息从pub到nsqd中到被消费者处理的过程。不过得注意一点，我们在上面的代码分析中，创建
topic/channel的部分放到了message Pub的链上，如果是没有lookupd的模式的话这部分是在client SUB链上的。

topic/hannel的管理

在NSQ内部通过

type NSQD struct {
    topicMap map[string]*Topic
}
和
type Topic struct {
    channelMap        map[string]*Channel
}

来维护一个内部的topic/channel状态，然后在提供了如下的接口来管理topic和channel

/topic/create - create a new topic
/topic/delete - delete a topic
/topic/empty - empty a topic
/topic/pause - pause message flow for a topic
/topic/unpause - unpause message flow for a topic
/channel/create - create a new channel
/channel/delete - delete a channel
/channel/empty - empty a channel
/channel/pause - pause message flow for a channel
/channel/unpause - unpause message flow for a channel

create topic/channel的话我们在之前的代码看过了，这里可以重点看下topic/channel delete的时候怎样保证数据优雅的删除的，以及
messagePump的退出机制。

queueScanLoop的工作

// queueScanLoop runs in a single goroutine to process in-flight and deferred
// priority queues. It manages a pool of queueScanWorker (configurable max of
// QueueScanWorkerPoolMax (default: 4)) that process channels concurrently.
//
// It copies Redis's probabilistic expiration algorithm: it wakes up every
// QueueScanInterval (default: 100ms) to select a random QueueScanSelectionCount
// (default: 20) channels from a locally cached list (refreshed every
// QueueScanRefreshInterval (default: 5s)).
//
// If either of the queues had work to do the channel is considered "dirty".
//
// If QueueScanDirtyPercent (default: 25%) of the selected channels were dirty,
// the loop continues without sleep.

这里的注释已经说的很明白了，queueScanLoop就是通过动态的调整queueScanWorker的数目来处理
in-flight和deffered queue的。在具体的算法上的话参考了redis的随机过期算法。

总结

阅读源码就是走走停停的过程，从一开始的无从下手到后面的一点点的把它啃透。一开始都觉得很困难，无从下手。以前也是尝试着去看一些
经典的开源代码，但都没能坚持下来，有时候人大概是会高估自己的能力的，好多东西自以为看个一两遍就能看懂，其实不然，
好多知识只有不断的去研究你才能参透其中的原理。

      一定要持续的读，不然过几天之后就忘了前面读的内容
      一定要多总结， 总结就是在不断的读的过程，从第一遍读通到你把它表述出来至少需要再读5-10次
      多思考，这段时间在地铁上/跑步的时候我会回向一下其中的流程
      分享(读懂是一个层面，写出来是一个层面，讲给别人听是另外一个层面)

后面我会先看下go-nsqd部分的代码，之后会研究下gnatsd, 两个都是cloud native的消息系统，看下有啥区别。