从 0 到 1 ,手把手教你编写《消息队列》项目(Java实现) —— 核心类持久化存储

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一、持久化存储的方式与路径

交换机,队列,绑定关系,这些我们使用数据库来管理,

而 Message 消息 并不会涉及到复杂的增删改查操作.且 消息 的数量可能会非常多,数据库的访问效率并不高

因此在Message持久化的存储,我们不存储在数据库中,我们直接存储到文件中.

• 我们来规定一下数据存储的文件及路径

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二、公共模块

序列化 / 反序列化

上面提到了,消息存储到文件中,那么存储到文件中,就要将 Message 对象 序列化成二进制数据,再存储到文件中,而读取消息时,就要将二进制数据反序列化成 Message 对象.
因此咱们先去写公共模块的 序列化方法与反序列化方法 .
创建一个 common 包,再创建一个 BinaryTool类 来写序列化 / 反序列化方法

public class BinaryTool {
    // 要用 Java 标准库提供的流对象完成 序列化/反序列化 操作，一定要继承 Serializable 接口，不然运行时，会抛出异常

    // 把一个对象序列化成一个字节数组
    public static byte[] toBytes(Object object) throws IOException {
        // ByteArrayOutputStream 这个流对象是相当于一个中间过渡，解决无法确定数组长度的问题
        try (ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream()) {
            // ObjectOutputStream 这个流对象是 Java 标准库提供的序列化的流对象，将过渡流对象绑定到序列化流对象中，最后直接转换成数组返回
            try (ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream)) {
                // 将对象进行序列化后，存储到绑定的流对象中 即 过渡流对象
                objectOutputStream.writeObject(object);
                // 序列化完成后，存储到了绑定的流对象中，然后再通过绑定的流对象转换成数组返回
            }
            return byteArrayOutputStream.toByteArray();
        }
    }



    // 把一个字节数组反序列化成一个对象
    public static Object fromBytes(byte[] data) throws IOException, ClassNotFoundException {
        Object object = null;
        // ByteArrayInputStream 这个流对象直接绑定 data 数组，相当于直接从 data 数组中取数据
        try (ByteArrayInputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayInputStream(data)) {
            // ObjectInputStream 这个流对象是 Java 标准库提供的反序列化的流对象，绑定中间流对象，从中间流对象取数据
            try (ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(byteArrayInputStream)) {
                // readObject方法，从中间流对象取数据，中间流对象从 data 数组取数据，=》 将 data 数组 反序列化成对象
                object = objectInputStream.readObject();
            }
        }
        return object;
    }
}

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异常规定

对文件进行读写操作,可能会出现意料之外的情况,因此我们自定义一个异常,来针对咱们这个程序中出现意料之外的情况时.

public class MqException extends Exception{
    public MqException(String message) {
        super(message);
    }
}

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三、持久化存储

数据库数据管理

MySQL数据库本身就比较重量,
此处为了使用方便,我们使用更轻量的数据库 SQLite,
在Java中使用SQLite,不需要额外安装,只需要引入依赖即可.(记得去maven找到与你jdk相匹配的版本)

SQLite,只是一个本地的数据库,这个数据库相当于直接操作本地硬盘文件,
因此需要在配置文件中配置好数据库文件的路径
使用 yaml格式的配置文件



创建一个 mapper包,通过里面的接口来操作数据库

/**
 * 使用这个类来操作数据库
 */
@Mapper // 注入到容器中
public interface MetaMapper {
    // 提供三个核心建表方法,create 可以直接使用 update代替
    @Update("create table if not exists exchange (name varchar(50) primary key,type int,durable boolean,autoDelete boolean,arguments varchar(1024))")
    void createExchangeTable();

    @Update("create table if not exists queue(name varchar(50) primary key,durable boolean,exclusive boolean,autoDelete boolean,arguments varchar(1024))")
    void createQueueTable();

    @Update("create table if not exists binding(exchangeName varchar(50),queueName varchar(50),bindingKey varchar(256))")
    void createBindingTable();



    // 针对上述三个表，进行 增加删除查找 操作
    @Insert("insert into exchange values (#{name},#{type},#{durable},#{autoDelete},#{arguments})")
    void insertExchange(Exchange exchange);

    @Delete("delete from exchange where name = #{exchangeName}")
    void deleteExchange(String exchangeName);

    @Select("select * from exchange")
    List<Exchange> selectAllExchanges();



    @Insert("insert into queue values (#{name},#{durable},#{exclusive},#{autoDelete},#{arguments})")
    void insertQueue(MSGQueue queue);

    @Delete("delete from queue where name = #{queueName}")
    void deleteQueue(String queueName);

    @Select("select * from queue")
    List<MSGQueue> selectAllQueues();




    @Insert("insert into binding values (#{exchangeName},#{queueName},#{bindingKey})")
    void insertBinding(Binding binding);

    @Delete("delete from binding where exchangeName = #{exchangeName} and queueName = #{queueName}")
    void deleteBinding(Binding binding);

    @Select("select * from binding")
    List<Binding> selectAllBindings();
}

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我们再创建一个 datacenter包,通过里面的类来 整合对硬盘与内存上数据的管理 ,
首先来整合数据库操作,

注意了!此时我并不想将 DataBaseManager 这个类的控制权交给容器,
因此我就不给这个类加 类注解,所以在这里也没办法用 @Autowired依赖注入得到这个类,
因此我们需要用 依赖查找 得到这个类.故而需要给项目启动类 增添 一个 静态属性:容器上下文 ,

我直接贴出代码,代码中有详细注释!

/**
 * 通过这个类，来整合数据库操作
 */
public class DataBaseManager {

    private MetaMapper metaMapper;


    // 数据库的初始化方法
    public void init() {
        // 通过启动类中的 上下文对象,进行依赖查找给 metaMapper 赋值
        metaMapper = MessageQueueApplication.context.getBean(MetaMapper.class);

        if (!checkDBExists()) {
            // 如果数据库不存在，则建库建表，构造默认数据

            // 创建 data 目录
            File dataDir = new File("./data");
            dataDir.mkdirs();
            createTable();
            createDefaultData();
            System.out.println("[DataBaseManger]数据库初始化完成");
        } else {
            // 如果数据库存在(有表有数据)，不做任何操作
            System.out.println("[DataBaseManger]数据库已存在");
        }
    }

    // 删除数据库文件
    public void deleteDB() {
        File file = new File("./data/meta.db");
        if (file.delete()) {
            System.out.println("[DataBaseManager] 删除数据库文件成功");
        } else {
            System.out.println("[DataBaseManager] 删除数据库文件失败");

        }

        // 删除数据库目录(一定要先删除文件，目录是空的才能删除成功)
        File dataDir = new File("./data");
        if (dataDir.delete()) {
            System.out.println("[DataBaseManager] 删除数据库目录成功");
        } else {
            System.out.println("[DataBaseManager] 删除数据库目录失败");
        }

    }


    // 判断数据库是否存在
    private boolean checkDBExists() {
        File file = new File("./data/meta/.db");
        return file.exists();
    }


    // 建表方法
    // 建库操作并不需要手动执行，(不需要手动创建 meta.db 文件)
    // 首次执行这里的数据库操作时，就会自动创建 meta.db 文件(MyBatis 完成的)
    private void createTable() {
        metaMapper.createBindingTable();
        metaMapper.createExchangeTable();
        metaMapper.createQueueTable();
        System.out.println("[DataBaseManger]创建表完成");
    }

    // 给数据库表中，添加默认数据
    // 此处主要是添加一个默认的交换机
    // RabbiMQ 里有一个这样的设定，带有一个 匿名 的交换机，类型是 DIRECT
    private void createDefaultData() {
        Exchange exchange = new Exchange();
        exchange.setName("");
        exchange.setType(ExchangeType.DIRECT);
        exchange.setDurable(true);
        exchange.setAutoDelete(false);
        metaMapper.insertExchange(exchange);
        System.out.println("[DataBaseManger]插入初始数据完成");
    }

    // 将其他数据库操作，也在这个类中封装成方法
    public void insertExchange(Exchange exchange) {
        metaMapper.insertExchange(exchange);
    }

    public void deleteExchange(String exchangeName) {
        metaMapper.deleteExchange(exchangeName);
    }

    public List<Exchange> selectAllExchanges() {
        return metaMapper.selectAllExchanges();
    }

    public void insertQueue(MSGQueue queue) {
        metaMapper.insertQueue(queue);
    }

    public void deleteQueue(String queueName) {
        metaMapper.deleteQueue(queueName);
    }
    public List<MSGQueue> selectAllQueues() {
        return metaMapper.selectAllQueues();
    }

    public void insertBinding(Binding binding) {
        metaMapper.insertBinding(binding);
    }

    public void deleteBinding(Binding binding) {
        metaMapper.deleteBinding(binding);
    }

    public List<Binding> selectAllBindings() {
        return metaMapper.selectAllBindings();
    }
}

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文件数据管理

读写规定

在上面已经规定好了文件的存储路径,每个队列的消息都放在 ./data/队列名 下.

大家想,文件里所有的消息都是二进制数据,因此文件中都是二进制数据,没办法找到消息之间有效的界限.

故而我们规定,写入文件的 Message对象 格式如下

在每个 Message 对象 的二进制数据前,加一个 大小为 四个字节 的整数 来描述 Message二进制数据的长度.
先读取 四个字节 获得 Message 的 长度,再读取该长度个 字节.
这样就可以使每个 Message 的二进制数据有一个可读界限.

在写入的时候只需写入下面的这两个 属性,只有这三个属性,才是 Message 对象的 核心属性,其他的属性都是为管理内存中的 Message而设置的,不需要写入到文件中.

新增 /删除规定

对于 消息来说,是需要频繁的新增和删除的,
当生产者 生产新的消息,就需要新增,
当消费者 消费了一个消息,就需要删除这个消息.

对于新增来说,比较简单,可以直接写到文件末尾,

但是对于删除来说,就比较复杂了,因为要删除的消息 不一定就是开头或末尾的消息,
文件类似于一个顺序表的结构,如果删除中间的消息,就需要将后面的消息向前搬运,

因此我们使用 逻辑删除 ,即使用 isValid 这个属性来表示该消息 是否有效.

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内存中 Message 的规定

上面说到了使用 逻辑删除 来让一个消息失效,那么在要如何在文件中找到这个要删除的消息呢?

所以我们设置了 下面这两个属性

根据这两个属性,去读取对应的字节.

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存储规定

针对逻辑删除,
我们可以队列文件中,再创建两个文件,
queue_data.txt(消息信息文件) 用来存储所有消息的本体,
queue_stat.txt(消息统计文件) 用来存储一行数据,这一行数据只有两个数字,用 "/t"分隔
所有消息的数量,
有效消息的数量.

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代码编写

咱们再创建一个类,来集中管理消息.

/**
 * 通过这个类，来针对硬盘上的消息管理
 */
public class MessageFileManager {

    public void init() {
        // 暂时不需要做啥额外的初始化工作, 以备后续扩展
    }

    // 定义一个内部类，来表示该队列的统计信息
    // 优先考虑使用 static，静态内部类
    static public class Stat {
        // 此处直接定义成 public，就不再搞 get  set 方法了
        // 对于这样简单的类，就直接使用成员，类似于 C 的结构体了
        public int totalCount; // 总消息数量
        public int validCount; // 有效消息数量
    }



    // 约定消息文件所在的目录和文件名
    // 这个方法用来获取指定队列对应的消息文件所在路径
    private String getQueueDir(String queueName) {
        return "./data/" + queueName;
    }

    // 这个方法用来获取该队列的消息数据文件路径
    // 注意，二进制文件，使用 txt 作为后缀，不太合适，txt 一般表示文本(.bin或.dat 较为合适)
    private String getQueueDataPath(String queueName) {
        return getQueueDir(queueName) + "/queue_data.txt";
    }

    // 这个方法用来获取该队列的消息统计文件路径
    private String getQueueStatPath(String queueName) {
        return getQueueDir(queueName) + "/queue_stat.txt";
    }

    // 读取该队列的消息统计文件
    private Stat readStat(String queueName) {
        Stat stat = new Stat();
        try (InputStream inputStream = new FileInputStream(getQueueStatPath(queueName))) {
            Scanner scanner = new Scanner(inputStream);
            stat.totalCount = scanner.nextInt();
            stat.validCount = scanner.nextInt();
            return stat;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    // 向该队列的消息统计文件中写入数据
    private void writeStat(String queueName,Stat stat) {
        // 使用 PrintWrite 来写文件
        // OutputStream 打开文件，默认情况下，会直接把原文件清空，此时相当于新的数据覆盖了旧的
        try (OutputStream outputStream = new FileOutputStream(getQueueStatPath(queueName))) {
            PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream);
            printWriter.write(stat.totalCount + "\t" + stat.validCount);
            printWriter.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    // 创建队列对应的文件和目录
    public void createQueueFiles(String queueName) throws IOException {
        // 1.先创建队列对应的消息目录
        File baseDir = new File(getQueueDir(queueName));
        if (!baseDir.exists()) {
            // 不存在则创建
            boolean ok = baseDir.mkdirs();
            if (!ok) {
                throw new IOException("创建队列对应的消息目录失败！baseDir=" + baseDir.getAbsolutePath());
            }
        }

        // 2.创建队列对应的 data 文件
        File queueDataFile = new File(getQueueDataPath(queueName));
        if (!queueDataFile.exists()) {
            // 不存在则创建
            boolean ok = queueDataFile.createNewFile();
            if (!ok) {
                throw new IOException("创建该队列的消息数据文件失败！queueDataFile=" + queueDataFile.getAbsolutePath());
            }
        }

        // 3.创建队列对应的 stat 文件
        File queueStatFile = new File(getQueueStatPath(queueName));
        if (!queueStatFile.exists()) {
            boolean ok = queueStatFile.createNewFile();
            if (!ok) {
                throw new IOException("创建该队列的消息统计文件失败！queueStatFile="+queueStatFile.getAbsolutePath());
            }
        }
        // 4.给消息统计文件设置初始值
        Stat stat = new Stat();
        stat.totalCount = 0;
        stat.validCount = 0;
        writeStat(queueName,stat);
    }


    // 删除队列的目录和文件
    // 队列可以被删除，当队列删除后，对应的消息文件等，自然也要随之删除
    public void destroyQueueFiles(String queueName) throws IOException {
        // 先删除文件再删除目录
        File queueDataFile = new File(getQueueDataPath(queueName));
        boolean ok1 = queueDataFile.delete();

        File queueStatFile = new File(getQueueStatPath(queueName));
        boolean ok2 = queueStatFile.delete();

        File baseDir = new File(getQueueDir(queueName));
        boolean ok3 = baseDir.delete();

        if (!ok1 || !ok2 || !ok3) {
            // 有任意一个删除失败，都算整体失败，
            throw new IOException("删除队列目录和文件失败！baseDir="+getQueueDir(queueName));
        }
    }


    // 检查文件的目录和文件是否存在
    // 后续有生产者给 broker server 生产消息了，这个消息就可能需要记录到文件上(取决是否要持久化)
    // 在记录之前就要先检查文件是否存在
    public boolean checkFilesExits(String queueName) {
        // 判断队列和消息文件是否都存在！
        File queueDataFile = new File(getQueueDataPath(queueName));
        if (!queueDataFile.exists()) {
            return false;
        }
        File queueStatFile = new File(getQueueStatPath(queueName));
        if (!queueStatFile.exists()) {
            return false;
        }
        return true;
    }

    // 将新消息写入到对应的队列的数据文件并更新统计文件的方法
    // queue 表示要对应的队列，message 表示要写入的消息
    public void sendMessage(MSGQueue queue, Message message) throws MqException, IOException {
        // 1.检查一下当前要写入的队列对应的文件是否存在
        if (!checkFilesExits(queue.getName())) {
            throw new MqException("[MessageFileManager] 队列对应的文件不存在！queueName=" + queue.getName());
        }
        // 2.把要写入的 message 序列化
        byte[] messageBinary = BinaryTool.toBytes(message);

        // 写入消息时,可能会与其他线程对该队列的操作产生线程安全问题,因此针对这个 队列加锁
        // (如其他线程此时也向该队列写入消息,那么此时offsetBeg与offsetEnd就可能是不准确的,那么后续操作就也可能会出现BUG)
        synchronized (queue) {
            // 3.先获取当前队列的文件长度，计算 message 的 offsetBeg 和 offsetEnd
            // 把新的Message数据写入到队列数据文件的末尾，
            // 此时 offsetBeg = 文件长度 + 4，offsetEnd = 文件长度 + 4 + message长度
            File queueDataFile = new File(getQueueDataPath(queue.getName()));
            message.setOffsetBeg(queueDataFile.length() + 4);
            message.setOffsetEnd(queueDataFile.length() + 4 + messageBinary.length);
            // 4.写入消息到数据文件，注意，是写入到文件末尾                       第二个属性,一定要写true,不然会直接覆盖掉之前的数据
            try (OutputStream outputStream = new FileOutputStream(queueDataFile,true)) {
                try (DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream)){
                    // 先写入当前消息的长度，占据 4 个字节,writeInt()方法,写入的整形占四个字节
                    dataOutputStream.writeInt(messageBinary.length);
                    // 将数据本体写入到队列数据文件中
                    outputStream.write(messageBinary);
                }

            }
            // 5.更新消息统计文件
            Stat stat = readStat(queue.getName());
            stat.totalCount += 1;
            stat.validCount += 1;
            writeStat(queue.getName(),stat);
        }
    }

    // 删除消息的方法
    public void deleteMessage(MSGQueue queue,Message message) throws IOException, ClassNotFoundException {
        // 此处的删除指的是逻辑上的删除，即将 isValid 由 0x1 改为0x0
        // 1.先把文件中对应的 [offsetBeg,offsetEnd) 的 消息读出来
        // 2.然后修改 isValid 为 0x0
        // 3.再将消息写回对应的 [offsetBeg,offsetEnd) 位置

        // 删除消息时,可能会与其他线程对该队列的操作产生线程安全问题,因此针对这个 队列加锁
        // (如在删除消息时,进行了gc操作,那么就很有可能导致,这个被逻辑删除的消息,覆盖其他消息,且也有可能会覆盖正确的统计文件)
        synchronized (queue) {
            // RandomAccessFile 这个流,可以自由移动光标(读取位置),                                 第二个参数 "rw"代表读写
            try (RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile(getQueueDataPath(queue.getName()), "rw")) {
                // 1.先从文件中读取 message
                byte[] bufferSrc = new byte[(int) (message.getOffsetEnd() - message.getOffsetBeg())];
                // 移动光标
                randomAccessFile.seek(message.getOffsetBeg());
                randomAccessFile.read(bufferSrc);
                // 2.把读取出来的数据 反序列化 成 Message
                Message diskMessage = (Message) BinaryTool.fromBytes(bufferSrc);
                // 3.把 isValid 设置成无效
                diskMessage.setIsValid((byte) 0x0);
                // 4.将修改完成后的 message 序列化成二进制数据
                byte[] bufferDest = BinaryTool.toBytes(diskMessage);
                // 5.重新移动光标
                randomAccessFile.seek(message.getOffsetBeg());
                randomAccessFile.write(bufferDest);
            }

            // 更新 统计文件 stat,逻辑删除了一个消息,有效消息数量 validCount 需要 -1
            Stat stat = readStat(queue.getName());
            if (stat.validCount > 0) {
                stat.validCount -= 1;
            }
            writeStat(queue.getName(), stat);
        }
    }

    // 使用这个方法, 从文件中, 读取出所有的消息内容, 加载到内存中(具体来说是放到一个链表里)
    // 这个方法, 准备在程序启动/重启时, 进行调用.
    // 这里使用一个 LinkedList, 主要目的是为了后续进行头删操作.
    // 这个方法的参数, 只是一个 queueName 而不是 MSGQueue 对象. 因为这个方法不需要加锁, 只使用 queueName 就够了.
    // 由于该方法是在程序启动时调用, 此时服务器还不能处理请求呢~~ 不涉及多线程操作文件.
    public LinkedList<Message> loadAllMessageFromQueue (String queueName) throws IOException, ClassNotFoundException, MqException {
        LinkedList<Message> messages = new LinkedList<>();
        try (InputStream inputStream = new FileInputStream(getQueueDataPath(queueName))){
            // DataInputStream 提供了 readInt()方法,会读取四个字节的然后转化为整数,普通的 read()方法只会读取一个字节就转化为整数了
            try (DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream)){
                // 记录光标位置
                // 由于当下使用的 DataInputStream 并不方便直接获取到文件光标位置因此就需要手动记录下文件光标.
                long currentOffset = 0;
                while (true) {
                    // 1.读取每个消息前用来记录消息长度的 4 个字节大小的 int
                    // readInt()方法,会读取 4 个字节的大小 的int
                    int messageSize = dataInputStream.readInt();
                    currentOffset += 4;
                    // 2.按照 messageSize 读取对应的字节数
                    byte[] buffer = new byte[messageSize];
                    int actualSize = dataInputStream.read(buffer);
                    if (messageSize != actualSize) {
                        // 如果不匹配, 说明文件有问题, 格式错乱了!!
                        throw new MqException("[MessageFileManager] 文件格式错误! queueName=" + queueName);
                    }
                    // 3.将读取的二进制数据 反序列化成 对象
                    Message message = (Message) BinaryTool.fromBytes(buffer);
                    // 4.判断该数据是否有效
                    if (message.getIsValid() == 0x1) {
                        // 设置 message 的 offsetBeg 与 offsetEnd
                        message.setOffsetBeg(currentOffset);
                        currentOffset += messageSize;
                        message.setOffsetEnd(currentOffset);
                        // 5.填加到链表中
                        messages.add(message);
                    } else {
                        // 数据无效也要更新光标位置
                        currentOffset += messageSize;
                    }

                }
            } catch (EOFException e) {
                // 这个 catch 并非真是处理 "异常", 而是处理 "正常" 的业务逻辑. 文件读到末尾, 会被 readInt 抛出该异常.
                // 这个 catch 语句中也不需要做啥特殊的事情
                System.out.println("[MessageFileManager] 恢复 Message 数据完成!");
            }
        }
        return messages;
    }


    // 检查当前是否需要针对该队列的消息数据文件进行 GC(无效消息回收)
    public boolean checkGC(String queueName) {
        Stat stat = readStat(queueName);
        if (stat.totalCount > 2000 && (double)(stat.validCount / stat.totalCount) < 0.5) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    // 获取 GC 复制算法的 新文件路径
    private String getQueueDataNewPath (String queueName) {
        return getQueueDir(queueName) + "/queue_data_new.txt";
    }


    // 通过这个方法, 真正执行消息数据文件的垃圾回收操作.
    // 使用复制算法来完成.
    // 创建一个新的文件, 名字就是 queue_data_new.txt
    // 把之前消息数据文件中的有效消息都读出来, 写到新的文件中.
    // 删除旧的文件, 再把新的文件改名回 queue_data.txt
    // 同时要记得更新消息统计文件.
    public void gc(MSGQueue queue) throws IOException, MqException, ClassNotFoundException {
        // 进行 gc 的时候，是针对消息数据文件进行大洗牌，在这个过程中，其他线程不能针对该队列的消息文件做任何修改
        synchronized (queue) {
            // 由于 gc 操作可能比较耗时, 此处统计一下执行消耗的时间.
            long gcBeg = System.currentTimeMillis();

            // 1.创建新数据文件
            File queueDataNewFile = new File(getQueueDataNewPath(queue.getName()));
            boolean ok = queueDataNewFile.exists();
            if (ok) {
                throw new MqException("[MessageFileManager] gc 时发现该队列的 queue_data_new 已经存在! queueName="+ queue.getName());
            }
            ok = queueDataNewFile.createNewFile();
            if (!ok) {
                throw new MqException("[MessageFileManager] gc 时创建新文件失败! queueDataNewFile=" + queueDataNewFile.getAbsolutePath());
            }
            // 2.获取原数据文件中的有效消息，并写入到新数据文件中
            LinkedList<Message> messages = loadAllMessageFromQueue(queue.getName());
            try (OutputStream outputStream = new FileOutputStream(queueDataNewFile)) {
                try (DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream)) {
                    for (Message message : messages) {
                        byte[] buffer = BinaryTool.toBytes(message);
                        // 先写入记录 消息长度 的占 4 个字节的 int
                        dataOutputStream.writeInt(buffer.length);
                        dataOutputStream.write(buffer);
                    }
                }
            }
            // 3.删除原数据文件
            File queueDataOldFile = new File(getQueueDataPath(queue.getName()));
            ok = queueDataOldFile.delete();
            if (!ok) {
                throw new MqException("[MessageFileManager] 删除旧的数据文件失败! queueDataOldFile=" + queueDataOldFile.getAbsolutePath());
            }
            // 4.将新数据文件重命名
            ok = queueDataNewFile.renameTo(queueDataOldFile);
            if (!ok) {
                throw new MqException("[MessageFileManager] 文件重命名失败! queueDataNewFile=" + queueDataNewFile.getAbsolutePath()
                        + ", queueDataOldFile=" + queueDataOldFile.getAbsolutePath());
            }
            // 5.更新统计文件
            Stat stat = readStat(queue.getName());
            stat.totalCount = messages.size();
            stat.validCount = messages.size();
            writeStat(queue.getName(),stat);
            long gcEnd = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("[MessageFileManager] gc 执行完毕! queueName=" + queue.getName() + ", time="
                    + (gcEnd - gcBeg) + "ms");
        }
    }
}

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硬盘数据管理

咱们再创建一个类, 集中管理 数据库数据与文件数据 .

/**
 * 使用这个类来管理所有硬盘上的数据
 * 1. 数据库: 交换机，绑定，队列
 * 2. 数据文件: 消息
 * 上层逻辑如果需要操作硬盘，统一都通过这个类来使用，(上层代码不关心当前数据是存储在数据库还是文件中的)
 */
public class DiskDataCenter {
    // 这个实例用来管理数据库
    private DataBaseManager dataBaseManager = new DataBaseManager();
    // 这个实践用来管理数据文件中的数据
    private MessageFileManager messageFileManager = new MessageFileManager();

    public void init() {
        // 针对上述两个实例进行初始化
        dataBaseManager.init();
         // 当前 messageFileManager.init() 方法，是空的，只是先放在这里，方便后续扩展
        messageFileManager.init();
    }

    // 封装交换机操作
    public void insertExchange(Exchange exchange) {
        dataBaseManager.insertExchange(exchange);
    }

    public void deleteExchange(String exchangeName) {
        dataBaseManager.deleteExchange(exchangeName);
    }

    public List<Exchange> selectAllExchanges() {
        return dataBaseManager.selectAllExchanges();
    }

    // 封装队列操作
    public void insertQueue(MSGQueue queue) throws IOException {
        dataBaseManager.insertQueue(queue);
        // 创建队列的同时, 不仅仅是把队列对象写到数据库中, 还需要创建出对应的目录和文件
        messageFileManager.createQueueFiles(queue.getName());
    }

    public void deleteQueue(String queueName) throws IOException {
        dataBaseManager.deleteQueue(queueName);
        // 删除队列的同时, 不仅仅是把队列从数据库中删除, 还需要删除对应的目录和文件
        messageFileManager.destroyQueueFiles(queueName);
    }

    public List<MSGQueue> selectAllQueues() {
        return dataBaseManager.selectAllQueues();
    }

    // 封装绑定操作
    public void insertBinding(Binding binding) {
        dataBaseManager.insertBinding(binding);
    }

    public void deleteBinding(Binding binding) {
        dataBaseManager.deleteBinding(binding);
    }

    public List<Binding> selectAllBindings() {
        return dataBaseManager.selectAllBindings();
    }

    // 封装消息方法
    public void sendMessage(MSGQueue queue, Message message) throws IOException, MqException {
        messageFileManager.sendMessage(queue,message);
    }

    public void deleteMessage(MSGQueue queue,Message message) throws IOException, ClassNotFoundException, MqException {
        messageFileManager.deleteMessage(queue,message);
        if (messageFileManager.checkGC(queue.getName())) {
            messageFileManager.gc(queue);
        }
    }

    public LinkedList<Message> loadAllMessageFromQueue(String queueName) throws IOException, MqException, ClassNotFoundException {
        return messageFileManager.loadAllMessageFromQueue(queueName);
    }
}

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