RocketMQ第五讲

broker是RockerMQ用来存储消息的服务，是RocketMQ的核心组件。NameServer和Producer都比较简单，Consumer和Broker都是比较复杂的。

从Client-Server视角来看，NameServer属于Server，Consumer和Producer都属于Client，而Broker两者兼具。Broker是Consumer和Producer的Server，同时又是NameServer的Client。

此篇文档是RocketMQ分析的第五篇文档，介绍Broker。下一篇将对照RocketMQ官方文档，介绍一下RocketMQ中设计到的一些概念性的知识。

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核心业务及架构设计

broker是RocketMQ的核心，核心工作就是接收生成这的消息，进行存储。同时，收到消费者的请求后，从磁盘读取内容，把结果返回给消费者。

CommitLog

消息主体以及元数据的存储主体，存储Producer端写入的消息主体内容,消息内容不是定长的。单个文件大小默认1G ，文件名长度为20位，左边补零，剩余为起始偏移量，比如00000000000000000000代表了第一个文件，起始偏移量为0，文件大小为1G=1073741824；当第一个文件写满了，第二个文件为00000000001073741824，起始偏移量为1073741824，以此类推。消息主要是顺序写入日志文件，当文件满了，写入下一个文件；

CommitLog文件中保存了消息的全量内容。不同的Topic的消息，在CommitLog都是顺序存放的。就是来一个消息，不管Topic是什么，直接追加的CommitLog中。

broker启动了一个专门的线程来构建索引，把CommitLog中的消息，构建了两种类型的索引。ConsumerQueue和Index。正常消费的时候，是根据Topic来消费，会用到ConsumerQueue索引。

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也可根据返回的offsetMsgId，解析出ip，端口和CommitLog中的物理消息偏移量，直接去CommitLog中取数据。

ConsumerQueue

引入的目的主要是提高消息消费的性能，由于RocketMQ是基于主题topic的订阅模式，消息消费是针对主题进行的，如果要遍历commitlog文件中根据topic检索消息是非常低效的。Consumer即可根据ConsumeQueue来查找待消费的消息。

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其中，ConsumeQueue（逻辑消费队列）作为消费消息的索引，保存了指定Topic下的队列消息在CommitLog中的起始物理偏移量offset，消息大小size和消息Tag的HashCode值。consumequeue文件可以看成是基于topic的commitlog索引文件，故consumequeue文件夹的组织方式如下：topic/queue/file三层组织结构，具体存储路径为：$HOME/store/consumequeue/{topic}/{queueId}/{fileName}。同样consumequeue文件采取定长设计，每一个条目共20个字节，分别为8字节的commitlog物理偏移量、4字节的消息长度、8字节tag hashcode，单个文件由30W个条目组成，可以像数组一样随机访问每一个条目，每个ConsumeQueue文件大小约5.72M。

rocketmq_design_1.png

Index

IndexFile（索引文件）提供了一种可以通过key或时间区间来查询消息的方法。Index文件的存储位置是：{fileName}，文件名fileName是以创建时的时间戳命名的，固定的单个IndexFile文件大小约为400M，一个IndexFile可以保存 2000W个索引，IndexFile的底层存储设计为在文件系统中实现HashMap结构，故rocketmq的索引文件其底层实现为hash索引。

rocketmq_design_13.png

按照Message Key查询消息的时候，会用到这个索引文件。

IndexFile索引文件为用户提供通过“按照Message Key查询消息”的消息索引查询服务，IndexFile文件的存储位置是：{fileName}，文件名fileName是以创建时的时间戳命名的，文件大小是固定的，等于40+500W4+2000W20= 420000040个字节大小。如果消息的properties中设置了UNIQ_KEY这个属性，就用 topic + “#” + UNIQ_KEY的value作为 key 来做写入操作。如果消息设置了KEYS属性（多个KEY以空格分隔），也会用 topic + “#” + KEY 来做索引。

其中的索引数据包含了Key Hash/CommitLog Offset/Timestamp/NextIndex offset 这四个字段，一共20 Byte。NextIndex offset 即前面读出来的 slotValue，如果有 hash冲突，就可以用这个字段将所有冲突的索引用链表的方式串起来了。Timestamp记录的是消息storeTimestamp之间的差，并不是一个绝对的时间。整个Index File的结构如图，40 Byte 的Header用于保存一些总的统计信息，4500W的 Slot Table并不保存真正的索引数据，而是保存每个槽位对应的单向链表的头。202000W 是真正的索引数据，即一个 Index File 可以保存 2000W个索引。

“按照Message Key查询消息”的方式，RocketMQ的具体做法是，主要通过Broker端的QueryMessageProcessor业务处理器来查询，读取消息的过程就是用topic和key找到IndexFile索引文件中的一条记录，根据其中的commitLog offset从CommitLog文件中读取消息的实体内容。

接口和类图

RocketMQ中有两个核心模块，remoting模块和store模块。remoting模块在NameServer，Produce，Consumer和Broker都用到。store只在Broker中用到，包含了存储文件操作的API，对消息实体的操作是通过DefaultMessageStore进行操作。

store模块

• DefaultMessageStore

属性和方法很多，就不往这里放了。

• CommitLog

文件存储实现类，包括多个内部类

• MappedFile

· 对于文件夹下的一个文件

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borker模块

• SendMessageProcessor
• PullMessageProcessor
• QueryMessageProcessor
• BrokerController：核心控制器

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remoting模块

• NettyRemotingClient
• NettyRemotingServer

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启动流程

实例化BrokerController

• 实例化brokerConfig
• 实例化nettyServerConfig
• 实例化nettyClientConfig
• 实例化messageStoreConfig
• 实例化brokerController，并初始化

1. 从磁盘加载文件到内存：topicConfigManager、consumerOffsetManager、subscriptionGroupManager、consumerFilterManager、messageStore。
2. 实例化remotingServer
3. 实例化各种线程池，sendMessageExecutor、pullMessageExecutor、replyMessageExecutor、queryMessageExecutor、adminBrokerExecutor、clientManageExecutor、heartbeatExecutor、endTransactionExecutor、consumerManageExecutor。
4. 调用registerProcessor()方法，注册各种线程池到各种对于的process上，process包括：SendMessageProcessor、PullMessageProcessor、ReplyMessageProcessor、QueryMessageProcessor、ClientManageProcessor、ConsumerManageProcessor、EndTransactionProcessor、AdminBrokerProcessor。
5. 启动一些定时任务

• 启动各种服务
• messageStore
  reputMessageService：构建索引线程
  flushConsumeQueueService
  flushCommitLogService：内存数据刷到磁盘服务
  storeStatsService
• remotingServer：NettyServer服务
• brokerOuterAPI：与NameServer通信的NettyClient服务
• pullRequestHoldService
• 启动定时任务

线程模型

上面介绍了broker的核心业务流程和架构，关键接口和类，启动流程。最后介绍一下broker的线程模型，只有知道了线程模型，才能大概知道前面介绍的那些事如何协同工作的，对broker才能有一个立体的认识。

RocketMQ的RPC通信采用Netty组件作为底层通信库，同样也遵循了Reactor多线程模型，同时又在这之上做了一些扩展和优化。关于Reactor线程模型，可以看看我之前写的这篇文档：Reactor线程模型

rocketmq_design_6.png

上面的框图中可以大致了解RocketMQ中NettyRemotingServer的Reactor 多线程模型。一个 Reactor 主线程（eventLoopGroupBoss，即为上面的1）负责监听 TCP网络连接请求，建立好连接，创建SocketChannel，并注册到selector上。RocketMQ的源码中会自动根据OS的类型选择NIO和Epoll，也可以通过参数配置）,然后监听真正的网络数据。拿到网络数据后，再丢给Worker线程池（eventLoopGroupSelector，即为上面的“N”，源码中默认设置为3），在真正执行业务逻辑之前需要进行SSL验证、编解码、空闲检查、网络连接管理，这些工作交给defaultEventExecutorGroup（即为上面的“M1”，源码中默认设置为8）去做。而处理业务操作放在业务线程池中执行，根据 RomotingCommand 的业务请求码code去processorTable这个本地缓存变量中找到对应的 processor，然后封装成task任务后，提交给对应的业务processor处理线程池来执行（sendMessageExecutor，以发送消息为例，即为上面的 “M2”）。

上面的图和这段画是从官方文档抄过来的，但是文字和图对应的不是很好，画的也不够详细，但是主要流程是这个样子。以后有时间了，我重新安装自己的理解，画一张更详细的图。

备注

NameSev线程说明

AsyncAppender-Worker-Thread-0：异步打印日志，logback使用，应该是守护线程

FileWatchService：

NettyEventExecutor：

NettyNIOBoss_：一个

NettyServerNIOSelector_:默认为三个

NSScheduledThread：定时任务线程

ServerHouseKeepingService：守护线程

ThreadDeathWatch-2-1：守护线程，Netty用，已经废弃

RemotingExecutorThread（1-8）：工作线程池，没有共用NettyServerNIOSelector_，直接初始化8个线程

Broker线程说明

logback日志异步线程

AsyncAppender-Worker-Thread-0：异步打印日志，logback使用，共九个：

RocketmqBrokerAppender_inner

RocketmqFilterAppender_inner

RocketmqProtectionAppender_inner

RocketmqRemotingAppender_inner

RocketmqRebalanceLockAppender_inner

RocketmqStoreAppender_inner

RocketmqStoreErrorAppender_inner

RocketmqWaterMarkAppender_inner

RocketmqTransactionAppender_inner

Processor使用线程

SendMessageThread_：remotingServer.registerProcessor(RequestCode.SEND_MESSAGE

PullMessageThread_:remotingServer.registerProcessor(RequestCode.PULL_MESSAGE

ProcessReplyMessageThread_:remotingServer.registerProcessor(RequestCode.SEND_REPLY_MESSAGE

QueryMessageThread_:remotingServer.registerProcessor(RequestCode.QUERY_MESSAGE

AdminBrokerThread_:remotingServer.registerDefaultProcessor

ClientManageThread_:remotingServer.registerProcessor(RequestCode.UNREGISTER_CLIENT

HeartbeatThread_:remotingServer.registerProcessor(RequestCode.HEART_BEAT

EndTransactionThread_:remotingServer.registerProcessor(RequestCode.END_TRANSACTION

ConsumerManageThread_:remotingServer.registerProcessor(RequestCode.GET_CONSUMER_LIST_BY_GROUP,RequestCode.UPDATE_CONSUMER_OFFSET,RequestCode.QUERY_CONSUMER_OFFSET

RemotingClient线程

brokerOutApi_thread_:BrokerController.registerBrokerAll(true, false, true);

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定时任务线程

BrokerControllerScheduledThread:=>

BrokerController.this.getBrokerStats().record();

BrokerController.this.consumerOffsetManager.persist();

BrokerController.this.consumerFilterManager.persist();

BrokerController.this.protectBroker();

BrokerController.this.printWaterMark();

log.info("dispatch behind commit log {} bytes", BrokerController.this.getMessageStore().dispatchBehindBytes());

BrokerController.this.brokerOuterAPI.fetchNameServerAddr();

BrokerController.this.printMasterAndSlaveDiff();

BrokerController.this.registerBrokerAll(true, false, brokerConfig.isForceRegister());

BrokerFastFailureScheduledThread:=>

FilterServerManagerScheduledThread:=>

FilterServerManager.this.createFilterServer();

ClientHousekeepingScheduledThread:=>

ClientHousekeepingService.this.scanExceptionChannel();

服务线程

PullRequestHoldService

FileWatchService

未知线程

AllocateMappedFileService

AcceptSocketService

BrokerStatsThread1