RocketMQ
文章目录
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- 一、初识RocketMQ
- 二、NameServer
- 三、消息发送
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- 3.1 Topic路由机制
- 3.2 消息发送高可用设计
- 3.3 DefaultMQProducer
- 3.4 消息发送基本流程
- 四、消息存储
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- 4.1 存储文件的组织方式
- 4.2 内存映射
- 4.3 刷盘策略
- 4.4 过期文件删除机制
- 五、消息消费
- 六、相关问题
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- 6.1 为什么要使用消息队列
- 6.2 为什么要选择RocketMQ
- 6.3 RocketMQ有什么优缺点
- 6.4 消息队列有哪些消息模型
- 6.5 RocketMQ用什么消息模型
- 6.6 消息的消费模式
- 6.7 RoctetMQ架构
- 6.8 如何保证消息的可靠性（不丢失）
- 6.9 如何处理消息重复的问题
- 6.10 怎么处理消息积压
- 6.11 顺序消息如何实现
- 6.12 如何实现消息过滤
- 6.13 延时消息
- 6.14 怎么实现分布式消息事务的
- 6.15 死信队列
- 6.16 如何保证RocketMQ的高可用
- 6.17 RocketMQ的整体工作流程
- 6.18 为什么RocketMQ不使用Zookeeper作为注册中心
- 6.19 Broker是怎么保存数据的
- 6.20 RocketMQ怎么对文件进行读写的
- 6.21 消息刷盘怎么实现的
- 6.22 RocketMQ消息长轮询
- 6.23 什么时候清理过期消息
- 6.24 RocketMQ的负载均衡是如何实现的
- 6.25 消息队列设计成推消息还是拉消息
- 6.26 如何设计一个消息队列
一、初识RocketMQ
RocketMQ设计基于主题的发布与订阅模式，其核心功能包括消息发送、消息存储和消息消费，整体设计追求简单和性能高效，主要体现在如下3个方面：
- 1、NameServer的设计极其简单
Topic路由信息无须在集群之间保持强一致，而是追求最终一致性，并且能容忍分钟级的不一致。正是基于这种特性，RocketMQ的NameServer集群之间互不通信，这样极大地降低了NameServer实现的复杂度，对网络的要求也降低了不少，性能相比较ZooKeeper还有了极大的提升。 - 2、高效的I/O存储机制
RocketMQ追求消息发送的高吞吐量，RocketMQ的消息存储文件被设计成文件组的概念，组内单个文件大小固定，方便引入内存映射机制，所有主题的消息存储按顺序编写，极大地提升了消息的写性能。同时为了兼顾消息消费与消息查找，引入了消息消费队列文件与索引文件。 - 3、容忍存在设计缺陷
消息中间件的实现者经常会遇到一个难题：如何保证消息一定能被消息消费者消费，并且只消费一次？RocketMQ的设计者给出的解决办法是不解决这个难题，而是退而求其次，只保证消息被消费者消费，在设计上允许消息被重复消费。这样极大地简化了消息中间件的内核，使得实现消息发送高可用变得非常简单和高效，消息重复问题由消费者在消息消费时实现幂等。
作为一款消息中间件，RocketMQ需要解决的问题：
- 1、架构模式
RocketMQ与大部分消息中间件一样，采用发布订阅模式，主要参与组件包括：消息发送者、消息服务器（消息存储）、消息消费和路由发现。 - 2、顺序消息
所谓顺序消息，就是消息消费者按照消息达到消息存储服务器的顺序消费。RocketMQ可以严格保证消息有序。 - 3、消息过滤
消息过滤是指在消息消费时，消息消费者可以对同一主题下的消息按照规则只消费自己感兴趣的消息。RocketMQ消息过滤是由服务端和消费端共同完成的。 - 4、消息存储
消息中间件的一个核心实现是消息的存储，对于消息存储一般有如下两个维度的考量：消息堆积能力和消息存储性能。RocketMQ追求消息存储的高性能，引入内存映射机制，所有主题的消息按顺序存储在同一个文件中。同时为了避免消息在消息存储服务器中无限地累积，引入了消息文件过期机制与文件存储空间报警机制。 - 5、消息高可用性
通常影响消息可靠性的有以下几种情况：
1）Broker异常崩溃。
2）操作系统崩溃。
3）机器断电，但是能立即恢复供电。
4）机器无法开机（可能是CPU、主板、内存等关键设备损坏）。
5）磁盘设备损坏。
对于前3种情况，RocketMQ在同步刷盘模式下可以确保不丢失消息，在异步刷盘模式下，会丢失少量消息。后2种情况属于单点故障，一旦发生，该节点上的消息会全部丢失。如果开启了异步复制机制，RoketMQ能保证只丢失少量消息。
- 6、消息到达（消费）低延迟
RocketMQ在消息不发生堆积时，以长轮询模式实现准实时的消息推送模式。 - 7、确保消息必须被消费一次
RocketMQ通过消息消费确认机制（ACK）确保消息至少被消费一次，因为ACK消息有可能出现丢失等情况，RocketMQ无法做到消息只被消费一次，所以有重复消费的可能。 - 8、回溯消息
回溯消息是指消息消费端已经消费成功，根据业务要求，需要重新消费消息。RocketMQ支持按时间向前或向后回溯消息，时间维度可精确到毫秒。 - 9、消息堆积
消息中间件的主要功能是异步解耦，必须能应对前端的数据洪峰，提高后端系统的可用性，这必然要求消息中间件具备一定的消息堆积能力。RocketMQ使用磁盘文件存储消息（内存映射机制），并且在物理布局上为多个大小相等的文件组成逻辑文件组，可以无限循环使用。RocketMQ消息存储文件并不是永久存储在消息服务器端的，而是提供了过期机制，默认保留3天。 - 10、定时消息
定时消息是指消息发送到Broker后，不能被消息消费端立即消费，而是要到特定的时间点或者等待特定的时间后才能被消费。因为如果要支持任意精度的定时消息消费，就必须在消息服务端对消息进行排序，这势必带来很大的性能损耗，所以RocketMQ不支持任意进度的定时消息，只支持特定延迟级别。 - 11、消息重试机制
RocketMQ支持消息重试机制。消息重试是指在消息消费时如果发生异常，消息中间件支持消息重新投递。
二、NameServer
消息中间件的设计思路一般是基于主题的订阅发布机制，消息生产者（Producer）发送某一主题的消息到消息服务器，消息服务器负责该消息的持久化存储，消息消费者（Consumer）订阅感兴趣的主题，消息服务器根据订阅信息（路由信息）将消息推送给消费者（推模式）或者消息消费者主动向消息服务器拉取消息（拉模式），从而实现消息生产者与消息消费者的解耦。
RocketMQ架构：
Broker消息服务器在启动时向所有NameServer注册，消息生产者在发送消息之前先从NameServer获取Broker服务器的地址列表，然后根据负载算法从列表中选择一台消息服务器发送消息。NameServer与每台Broker服务器保持长连接，并间隔10s检测Broker是否存活，如果检测到Broker宕机，则从路由注册表中将其移除，但是路由变化不会马上通知消息生产者。为什么要这样设计呢？这是为了降低NameServer实现的复杂性，因此需要在消息发送端提供容错机制来保证消息发送的高可用性。
NameServer本身的高可用性可通过部署多台NameServer服务器来实现，但彼此之间互不通信。虽然NameServer服务器之间在某一时刻的数据并不会完全相同，但对消息发送不会造成重大影响，无非就是短暂造成消息发送不均衡。
NameServer核心架构设计：
消息客户端与NameServer、Broker的交互设计要点：
1、Broker每隔30s向NameServer集群的每一台机器发送心跳包，包含自身创建的topic路由等信息。
2、消息客户端每隔30s向NameServer更新对应topic的路由信息。
3、NameServer收到Broker发送的心跳包时会记录时间戳。
4、NameServer每隔10s会扫描一次brokerLiveTable（存放心跳包的时间戳信息），如果在120s内没有收到心跳包，则认为Broker失效，更新topic的路由信息，将失效的Broker信息移除。
- 小结
通过NameServer路由发现与删除机制，我们会发现这种设计存在这样一种情况：NameServer需要等Broker失效至少120s才能将该Broker从路由表中移除，如果在Broker故障期间，消息生产者根据主题获取到的路由信息包含已经宕机的Broker，就会导致消息发送失败。这种情况怎么办，需要从RocketMQ的消息发送中寻找答案。
三、消息发送
RocketMQ发送普通消息有3种实现方式：可靠同步发送、可靠异步发送和单向发送。
同步：发送者向RocketMQ执行发送消息API时，同步等待，直到消息服务器返回发送结果。
异步：发送者向RocketMQ执行发送消息API时，指定消息发送成功后的回调函数，调用消息发送API后，立即返回，消息发送者线程不阻塞，直到运行结束，消息发送成功或失败的回调任务在一个新的线程中执行。
单向：消息发送者向RocketMQ执行发送消息API时，直接返回，不等待消息服务器的结果，也不注册回调函数。
3.1 Topic路由机制
消息发送者向某一个topic发送消息时，需要查询topic的路由信息。初次发送时会根据topic的名称向NameServer集群查询topic的路由信息，然后将其存储在本地内存缓存中，并且每隔30s依次遍历缓存中的topic，向NameServer查询最新的路由信息。如果成功查询到路由信息，会将这些信息更新至本地缓存，实现topic路由信息的动态感知。
3.2 消息发送高可用设计
发送端在自动发现主题的路由信息后，RocketMQ默认使用轮询算法进行路由的负载均衡。RocketMQ在消息发送时支持自定义的队列负载算法。需要注意的是，使用自定义的路由负载算法后，RocketMQ的重试机制将失效。
RocketMQ为了实现消息发送高可用，引入了两个非常重要的特性：
1、
消息发送重试机制。RocketMQ在消息发送时如果出现失败，默认会重试两次。
2、故障规避机制。当消息第一次发送失败时，如果下一次消息还是发送到刚刚失败的Broker上，其消息发送大概率还是会失败，因此为了保证重试的可靠性，在重试时会尽量避开刚刚接收失败的Broker，而是选择其他Broker上的队列进行发送，从而提高消息发送的成功率。
3.3 DefaultMQProducer
DefaultMQProducer是默认消息生产者实现类。
DefaultMQProducer的主要方法：
/**
* 创建主题
* key：目前无实际作用，可以与newTopic相同
* newTopic：主题名称
* queueNum：队列数量
* topicSysFlag：主题系统标签，默认为0
**/
void createTopic(String key, String newTopic, int queueNum, int topicSysFlag)
//同步发送消息，具体发送到主题中的哪个消息队列由负载算法决定
SendResult send(Message msg)
//同步发送消息，如果发送超过timeout则抛出超时异常
SendResult send(Message msg, final long timeout)
//异步发送消息，sendCallback参数是消息发送成功后的回调方法
void send(Message msg, SendCallback sendCallback)
//异步发送消息，如果发送超过timeout则抛出超时异常
void send(Message msg, SendCallback sendCallback, long timeout)
//单向消息发送，即不在乎发送结果，消息发送出去后该方法立即返回
void sendOneway(Message msg)
//同步方式发送消息，且发送到指定的消息队列
SendResult send(Message msg, MessageQueue mq, final long timeout)
//异步方式发送消息，且发送到指定的消息队列
void send(final Message msg, final MessageQueue mq, final SendCallback sendCallback, long timeout)
DefaultMQProducer的核心属性：
//生产者所属组，消息服务器在回查事务状态时会随机选择该组中任何一个生产者发起的事务回查请求
private String producerGroup;
//默认topicKey
private String createTopicKey = MixAll.DEFAULT_TOPIC;
//默认主题在每一个Broker队列的数量
private volatile int defaultTopicQueueNums = 4;
//发送消息的超时时间，默认为3s
private int sendMsgTimeout = 3000;
//消息体超过该值则启用压缩，默认为4KB
private int compressMsgBodyOverHowmuch = 1024 * 4;
//同步方式发送消息重试次数，默认为2，总共执行3次
private int retryTimesWhenSendFailed = 2;
//异步方式发送消息的重试次数，默认为2
private int retryTimesWhenSendAsyncFailed = 2;
//消息重试时选择另外一个Broker，是否不等待存储结果就返回，默认为false
private boolean retryAnotherBrokerWhenNotStoreOK = false;
//允许发送的最大消息长度，默认为4MB，最大值为2的32次方 - 1
private int maxMessageSize = 1024 * 1024 * 4;
3.4 消息发送基本流程
默认消息以同步方式发送，默认超时时间为3s。
- 消息发送步骤1：消息长度验证
在消息发送之前，首先确保生产者处于运行状态，然后验证消息是否符合相应的规范。具体的规范要求是主题名称、消息体不能为空，消息长度不能等于0且默认不能超过允许发送消息的最大长度4MB（maxMessageSize=1024×1024×4）。 - 消息发送步骤2：查找主题路由信息
在消息发送之前，还需要获取主题的路由信息，只有获取了这些信息我们才能知道消息具体要发送到哪个Broker节点上。
如果生产者中缓存了topic的路由信息，且该路由信息包含消息队列，则直
接返回该路由信息。如果没有缓存或没有包含消息队列，则向NameServer查询该topic的路由信息。如果最终未找到路由信息，则抛出异常，表示无法找到主题相关路由信息异常。 - 消息发送步骤3：选择消息队列
根据路由信息选择消息队列，返回的消息队列按照broker序号进行排序。举例说明，如果topicA在broker-a、broker-b上分别创建了4个队列，那么返回的消息队列为[{“brokerName”:“broker-a”、“queueId”:0}、{“brokerName”:“broker-a”、“queueId”:1}、{“brokerName”:“broker-a”、“queueId”:2}、{“brokerName”:“broker-a”、“queueId”:3}、{“brokerName”:“broker-b”、“queueId”:0}、{“brokerName”:“broker-b”、“queueId”:1}、{“brokerName”:“broker-b”、“queueId”:2}、{“brokerName”:“broker-b”、“queueId”:3}]，那么RocketMQ如何选择消息队列呢？
首先消息发送端采用重试机制，接下来就是循环执行，选择消息队列、发送消息，发送成功则返回，收到异常则重试。此处有个故障延迟机制。
开启所谓的故障延迟机制，即设置sendLatencyFaultEnable为ture，其实是一种较为悲观的做法。当消息发送者遇到一次消息发送失败后，就会悲观地认为Broker不可用，在接下来的一段时间内就不再向其发送消息，直接避开该Broker。而不开启延迟规避机制，就只会在本次消息发送的重试过程中规避该Broker，下一次消息发送还是会继
续尝试。
- 消息发送步骤4：消息发送
1、先获取Broker的网络地址。
2、在为消息分配全局唯一ID，如果消息体默认超过4KB，则对消息体采用zip压缩。
3、如果注册了消息发送钩子函数，则执行消息发送之前的增强逻辑。
4、构建消息发送请求包。主要包含如下重要信息：生产者组、主题名称、默认创建主题key、该主题在单个Broker上的默认队列数、队列ID、消息发送时间等等。
5、根据消息发送方式（同步、异步、单向）进行网络传输。
四、消息存储
从存储模型来看，目前MQ中间件分为需要持久化和不需要持久化两种，大多数MQ都支持持久化存储，比如ActiveMQ、RabbitMQ、Kafka、RocketMQ。
RocketMQ存储的文件主要包括CommitLog文件、ConsumeQueue文件、Index文件。RocketMQ将所有主题的消息存储在同一个文件中，确保消息发送时按顺序写文件，尽最大的能力确保消息发送的高性能与高吞吐量。
因为消息中间件一般是基于消息主题的订阅机制，所以给按照消息主题检索消息带来了极大的不便。为了提高消息消费的效率，RocketMQ引入了ConsumeQueue消息消费队列文件，每个消息主题包含多个消息消费队列，每一个消息队列有一个消息文件。Index索引文件的设计理念是为了加速消息的检索性能，根据消息的属性从CommitLog文件中快速检索消息。
CommitLog：消息存储，所有消息主题的消息都存储在CommitLog文件中。
ConsumeQueue：消息消费队列，消息到达CommitLog文件后，将异步转发到ConsumeQuene文件中，供消息消费者消费。
Index：消息索引，主要存储消息key与offset的对应关系。
4.1 存储文件的组织方式
RocketMQ在消息写入过程中追求极致的磁盘顺序写，所有主题的消息全部写入一个文件，即CommitLog文件。所有消息按抵达顺序依次追加到CommitLog文件中，消息一旦写入，不支持修改。
CommitLog文件的命名方式：使用存储在该文件的第一条消息在整个CommitLog文件组中的偏移量来命名，例如第一个CommitLog文件为0000000000000000000，第二个CommitLog文件为00000000001073741824，依次类推。
这样做的好处是给出任意一个消息的物理偏移量，可以通过二分法进行查找，快速定位这个文件的位置，然后用消息物理偏移量减去所在文件的名称，得到的差值就是在该文件中的绝对地址。
CommitlLog文件的设计理念是追求极致的消息写，但我们知道消息消费模型是基于主题订阅机制的，即一个消费组是消费特定主题的消息。根据主题从CommitlLog文件中检索消息，这绝不是一个好主意，这样只能从文件的第一条消息逐条检索，其性能可想而知，为了解决基于topic的消息检索问题，RocketMQ引入了ConsumeQueue文件：
ConsumeQueue文件是消息消费队列文件，是CommitLog文件基于topic的索引文件，主要用于消费者根据topic消费消息。
RocketMQ与Kafka相比具有一个强大的优势，就是支持按消息属性检索消息，引入ConsumeQueue文件解决了基于topic查找消息的问题，但如果想基于消息的某一个属性进行查找，ConsumeQueue文件就无能为力了。故RocketMQ又引入了Index索引文件，实现基于文件的哈希索引。Index文件的存储结构：
- CommitLog
消息主体以及元数据的存储主体，存储消息生产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1GB，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。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。 - ConsumerQueue
消息消费队列引入的目的是提高消息消费的性能，由于RocketMQ是基于topic的订阅模式，消息消费是针对topic进行的，如果要根据topic遍历CommitLog文件中的消息是非常低效的。消息消费端可根据ConsumeQueue来查找待消费的消息。
ConsumeQueue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，消息大小和消息tag的哈希码。ConsumeQueue文件可以看作基于topic的CommitLog索引文件。
4.2 内存映射
虽然基于磁盘的顺序写消息可以极大提高I/O的写效率，但如果基于文件的存储采用常规的Java文件操作API，例如FileOutputStream等，将性能提升会很有限，故RocketMQ又引入了内存映射，将磁盘文件映射到内存中，以操作内存的方式操作磁盘，将性能又提升了一个档次。
在Java中可通过FileChannel的map方法创建内存映射文件。在Linux服务器中由该方法创建的文件使用的就是操作系统的页缓存（pagecache）。Linux操作系统中内存使用策略时会尽可能地利用机器的物理内存，并常驻内存中，即页缓存。在操作系统的内存不够的情况下，采用缓存置换算法，例如LRU将不常用的页缓存回收，即操作系统会自动管理这部分内存。
如果RocketMQ Broker进程异常退出，存储在页缓存中的数据并不会丢失，操作系统会定时将页缓存中的数据持久化到磁盘，实现数据安全可靠。不过如果是机器断电等异常情况，存储在页缓存中的数据也有可能丢失。
4.3 刷盘策略
有了顺序写和内存映射的加持，RocketMQ的写入性能得到了极大的保证，但凡事都有利弊，引入了内存映射和页缓存机制，消息会先写入页缓存，此时消息并没有真正持久化到磁盘。
RocketMQ提供了两种策略：同步刷盘、异步刷盘。
RocketMQ的存储与读写是基于JDK NIO的内存映射机制的，消息存储时首先将消息追加到内存中，再根据配置的刷盘策略在不同时间刷盘。如果是同步刷盘，消息追加到内存后，将同步调用MappedByteBuffer的force()方法；如果是异步刷盘，在消息追加到内存后会立刻返回给消息发送端。
RocketMQ使用一个单独的线程按照某一个设定的频率执行刷盘操作。通过在broker配置文件中配置flushDiskType来设定刷盘方式，可选值为ASYNC_FLUSH（异步刷盘）、SYNC_FLUSH（同步刷盘），默认为异步刷盘。
- 同步刷盘
同步刷盘指的是在消息追加到内存映射文件的内存中后，立即将数据从内存写入磁盘文件。 - 异步刷盘
同步刷盘的优点是能保证消息不丢失，即向客户端返回成功就代表这条消息已被持久化到磁盘，但这是以牺牲写入性能为代价的，不过因为RocketMQ的消息是先写入pagecache，所以消息丢失的可能性较小，如果能容忍一定概率的消息丢失或者在丢失后能够低成本的快速重推，可以考虑使用异步刷盘策略。
异步刷盘指的是broker将消息存储到pagecache后就立即返回成功，然后开启一个异步线程定时执行FileChannel的force方法，将内存中的数据定时写入磁盘，默认间隔时间为500ms。
4.4 过期文件删除机制
因为RocketMQ操作CommitLog、ConsumeQueue文件是基于内存映射机制并在启动的时候会加载commitlog、consumequeue目录下的所有文件，所以为了避免内存与磁盘的浪费，不可能将消息永久存储在消息服务器上，这就需要引入一种机制来删除已过期的文件。RocketMQ顺序写CommitLog文件、ConsumeQueue文件，所有写操作全部落在最后一个CommitLog或ConsumeQueue文件上，之前的文件在下一个文件创建后
将不会再被更新。RocketMQ清除过期文件的方法：如果非当前写文件在一定时间间隔内没有再次更新，则认为是过期文件，可以被删除，RocketMQ不会关注这个文件上的消息是否全部被消费。默认每个文件的过期时间为72h，通过在broker配置文件中设置fileReservedTime来改变过期时间，单位为小时。
五、消息消费
消息消费以组的模式开展，一个消费组可以包含多个消费者，每个消费组可以订阅多个主题，消费组之间有集群模式和广播模式两种消费模式。集群模式是当前主题下的同一条消息只允许被其中一个消费者消费。广播模式是当前主题下的同一条消息将被集群内的所有消费者消费一次。
RocketMQ支持局部顺序消息消费，也就是保证同一个消息队列上的消息按顺序消费。不支持消息全局顺序消费，如果要实现某一主题的全局顺序消息消费，可以将该主题的队列数设置为1，牺牲高可用性。
- 定时消息机制
定时消息是指消息发送到Broker后，不会立即被消费者消费，而是要等到特定的时间后才能被消费，RocketMQ并不支持任意的时间精度，因为如果要支持任意时间精度的定时调度，则不可避免地需要在Broker层做消息排序，再加上持久化方面的考量，将不可避免地带来具大的性能消耗，所以RocketMQ只支持特定级别的延迟消息。
消息延迟级别在Broker端通过messageDelayLevel进行配置，默认为“1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h2h”，delayLevel=1表示延迟1s，delayLevel=2表示延迟5s，依次类推。
六、相关问题
6.1 为什么要使用消息队列
消息队列主要有三大用途：解耦、异步、削峰。
以电商系统的下单为例：
- 1、解耦
引入消息队列之前，下单完成之后，需要订单服务去调用库存服务减库存，调用营销服务加营销数据……引入消息队列之后，可以把订单完成的消息丢进队列里，下游服务自己去调用就行了，这样就完成了订单服务和其它服务的解耦合。 - 2、异步
订单支付之后，我们要扣减库存、增加积分、发送消息等等，这样一来这个链路就长了，链路一长，响应时间就变长了。引入消息队列，除了更新订单状态，其它的都可以异步去做，这样一来就来，就能降低响应时间。 - 3、削峰
例如秒杀系统，平时流量很低，但是要做秒杀活动，流量突然增大，Redis或数据库承受不了巨大的请求量。此时，可以把请求扔到队列里面，只放出我们服务能处理的流量，这样就能抗住短时间的大流量了。
6.2 为什么要选择RocketMQ
市场上几大消息队列对比：
| RabbitMQ | ActiveMQ | RocketMQ | Kafka | |
|---|---|---|---|---|
| 公司 | Rabbit | Apache | 阿里 | Apache |
| 语言 | Erlang | Java | Java | Scala&Java |
| 协议支持 | AMPQ | OpenWire、STOMP、REST、 XMPP、AMQP | 自定义 | 自定义协议，社区封装了http协议支持 |
| 客户端支持语言 | 官方支持Erlang、Java、Ruby等，社区产出多种API，几乎支持所有语言 | Java、C、C++、Python、PHP、Perl，.net 等 | Java、C++（不成熟） | 官方支持Java，社区产出多种API，如PHP，Python等 |
| 单击吞吐量 | 万级 | 万级 | 十万级 | 十万级 |
| 消息延迟 | 微秒级 | 毫秒级 | 毫秒级 | 毫秒以内 |
| 可用性 | 高，基于主从架构实现可用性 | 高，基于主从架构实现可用性 | 非常高，分布式架构 | 非常高，分布式架构，一个数据多副本 |
| 消息可靠性 | 有较低的概率丢失数据 | 经过参数优化配置，可以做到零丢失 | 经过参数配置，消息可以做到零丢失 | |
| 功能支持 | 基于erlang开发，所以并发性能极强，性能极好，延时低 | MQ领域的功能极其完备 | MQ功能较为完备，分布式扩展性好 | 功能较为简单，主要支持加单MQ功能 |
| 优势 | erlang语言开发，性能极好、延时很低，吞吐量万级、MQ功能完备，管理界面非常好，社区活跃；互联网公司使用较多 | 非常成熟，功能强大，在业内大量公司和项目中都有应用 | 接口简单易用，阿里出品有保障，吞吐量大，分布式扩展方便、社区比较活跃，支持大规模的Topic、支持复杂的业务场景，可以基于源码进行定制开发 | 超高吞吐量，ms级的时延，极高的可用性和可靠性，分布式扩展方便 |
| 劣势 | 吞吐量较低，erlang语音开发不容易进行定制开发，集群动态扩展麻烦 | 偶尔有较低概率丟失消息，社区活跃度不高 | 接口不是按照标准JMS（Java Message Service，Java消息服务应用程序接口，是一个Java平台中关于面向消息中间件的API，用于在两个应用程序之间，或分布式系统中发送消息，进行异步通信。Java消息服务是一个与具体平台无关的API）规范走的，有的系统迁移要修改大量的代码，技术有被抛弃的风险 | 有可能进行消息的重复消费 |
| 应用 | 都有使用 | 主要用于解耦和异步，较少用在大规模吞吐的场景中 | 用于大规模吞吐、复杂业务中 | 在大数据的实时计算和日志采集中被大规模使用，是业界的标准 |
总结：选择中间件的可以从这些维度来考虑：可靠性，性能，功能，可运维行，可拓展性，社区活跃度。目前常用的几个中间件，ActiveMQ作为“老古董”，市面上用的已经不多。
- RabbitMQ
优点：轻量，迅捷，容易部署和使用，拥有灵活的路由配置。
缺点：性能和吞吐量不太理想，不易进行二次开发。 - RocketMQ
优点：性能好，高吞吐量，稳定可靠，有活跃的中文社区。
缺点：兼容性上不是太好。 - Kafka
优点：拥有强大的性能及吞吐量，兼容性很好。
缺点：由于“攒一波再处理”导致延迟比较高。
如果是面向用户的C端系统，具有一定的并发量，对性能也有比较高的要求，可以选择低延迟、吞吐量比较高，可用性比较好的RocketMQ。
RabbitMQ：基于erlang开发，对消息堆积的支持并不好，当大量消息积压的时候，会导致RabbitMQ的性能急剧下降。每秒钟可以处理几万到十几万条消息。
RocketMQ：基于Java开发，面向互联网集群化功能丰富，对在线业务的响应时延做了很多的优化，大多数情况下可以做到毫秒级的响应，每秒钟大概能处理几十万条消息。
Kafka：基于Scala开发，面向日志功能丰富，性能最高。当你的业务场景中，每秒钟消息数量没有那么多的时候，Kafka 的时延反而会比较高。所以，Kafka 不太适合在线业务场景。
ActiveMQ：基于Java开发，简单，稳定，性能不如前面三个。小型系统用也ok，但是不推荐。
6.3 RocketMQ有什么优缺点
- RocketMQ优点
单机吞吐量：十万级。
可用性：非常高，分布式架构。
消息可靠性：经过参数优化配置，消息可以做到0丢失。
功能支持：MQ功能较为完善，还是分布式的，扩展性好。
支持10亿级别的消息堆积，不会因为堆积导致性能下降。
源码是Java，方便结合公司自己的业务二次开发。
天生为金融互联网领域而生，对于可靠性要求很高的场景，尤其是电商里面的订单扣款，以及业务削峰，在大量交易涌入时，后端可能无法及时处理的情况。
RoketMQ在稳定性上可能更值得信赖，这些业务场景在阿里双11已经经历了多次考验，如果你的业务有上述并发场景，建议可以选择RocketMQ。 - RocketMQ缺点
支持的客户端语言不多，目前是Java及c++，其中c++不成熟。
没有在 MQ核心中去实现JMS等接口，有些系统要迁移需要修改大量代码。
6.4 消息队列有哪些消息模型
消息队列有两种模型：队列模型和发布/订阅模型。
- 队列模型
最初的一种消息队列模型，对应着消息队列“发-存-收”的模型。生产者往某个队列里面发送消息，一个队列可以存储多个生产者的消息，一个队列也可以有多个消费者，但是消费者之间是竞争关系，也就是说每条消息只能被一个消费者消费。
- 发布/订阅模型
如果需要将一份消息数据分发给多个消费者，并且每个消费者都要求收到全量的消息。很显然，队列模型无法满足这个需求。解决的方式就是发布/订阅模型。
在发布 - 订阅模型中，消息的发送方称为发布者（Publisher），消息的接收方称为订阅者（Subscriber），服务端存放消息的容器称为主题（Topic）。发布者将消息发送到主题中，订阅者在接收消息之前需要先“订阅主题”。“订阅”在这里既是一个动作，同时还可以认为是主题在消费时的一个逻辑副本，每份订阅中，订阅者都可以接收到主题的所有消息。
它和 “队列模式” 的异同：生产者就是发布者，队列就是主题，消费者就是订阅者，无本质区别。不同点在于：一份消息数据是否可以被多次消费。
6.5 RocketMQ用什么消息模型
RocketMQ使用的消息模型是标准的发布-订阅模型，在RocketMQ的术语表中，生产者、消费者和主题，与发布-订阅模型中的概念是完全一样的。
RocketMQ本身的消息是由下面几部分组成：
- Message
Message（消息）就是要传输的信息。一条消息必须有一个主题（Topic），一条消息也可以拥有一个可选的标签（Tag）。 - Topic
Topic（主题）可以看做消息的归类，它是消息的第一级类型。比如一个电商系统可以分为：交易消息、物流消息等，一条消息必须有一个 Topic 。
Topic 与生产者和消费者的关系非常松散，一个 Topic 可以有0个、1个、多个生产者向其发送消息，一个生产者也可以同时向不同的 Topic 发送消息。
一个 Topic 也可以被 0个、1个、多个消费者订阅。 - Tag
Tag（标签）可以看作子主题，它是消息的第二级类型，用于为用户提供额外的灵活性。使用标签，同一业务模块不同目的的消息就可以用相同 Topic 而不同的 Tag 来标识。比如交易消息又可以分为：交易创建消息、交易完成消息等，一条消息可以没有 Tag 。 - Group
RocketMQ中，订阅者的概念是通过消费组（Consumer Group）来体现的。每个消费组都消费主题中一份完整的消息，不同消费组之间消费进度彼此不受影响，也就是说，一条消息被Consumer Group1消费过，也会再给Consumer Group2消费。
消费组中包含多个消费者，同一个组内的消费者是竞争消费的关系，每个消费者负责消费组内的一部分消息。默认情况，如果一条消息被消费者Consumer1消费了，那同组的其他消费者就不会再收到这条消息。 - Message Queue
Message Queue（消息队列），一个 Topic 下可以设置多个消息队列，Topic 包括多个 Message Queue ，如果一个 Consumer 需要获取 Topic下所有的消息，就要遍历所有的 Message Queue。 - Offset
在Topic的消费过程中，由于消息需要被不同的组进行多次消费，所以消费完的消息并不会立即被删除，这就需要RocketMQ为每个消费组在每个队列上维护一个消费位置（Consumer Offset），这个位置之前的消息都被消费过，之后的消息都没有被消费过，每成功消费一条消息，消费位置就加一。
也可以这么说，Queue 是一个长度无限的数组，Offset 就是下标。
6.6 消息的消费模式
消息消费模式有两种：Clustering（集群消费）和Broadcasting（广播消费）。
默认情况下就是集群消费，这种模式下一个消费者组共同消费一个主题的多个队列，一个队列只会被一个消费者消费，如果某个消费者挂掉，分组内其它消费者会接替挂掉的消费者继续消费。
而广播消费消息会发给消费者组中的每一个消费者进行消费。
6.7 RoctetMQ架构
RocketMQ一共有四个部分组成：NameServer、Broker、Producer、Consumer。
- NameServer
NameServer 是一个无状态的服务器，角色类似于 Kafka使用的 Zookeeper，但比 Zookeeper 更轻量。其特点：
- 每个NameServer结点之间是相互独立，彼此没有任何信息交互。
- Nameserver被设计成几乎是无状态的，通过部署多个结点来标识自己是一个伪集群，Producer 在发送消息前从 NameServer 中获取 Topic 的路由信息也就是发往哪个 Broker，Consumer 也会定时从 NameServer 获取 Topic 的路由信息，Broker 在启动时会向 NameServer 注册，并定时进行心跳连接，且定时同步维护的 Topic 到 NameServer。
NameServer功能主要有两个：
1、和Broker 结点保持长连接。
2、维护 Topic 的路由信息。
- Broker
消息存储和中转角色，负责存储和转发消息。
Broker 内部维护着一个个 Consumer Queue，用来存储消息的索引，真正存储消息的地方是 CommitLog（日志文件）。
单个 Broker 与所有的 Nameserver 保持着长连接和心跳，并会定时将 Topic 信息同步到 NameServer，和 NameServer 的通信底层是通过 Netty 实现的。 - Producer
消息生产者，Producer由用户进行分布式部署，消息由Producer通过多种负载均衡模式发送到Broker集群，发送低延时，支持快速失败。
Producer的负载均衡是由MQFaultStratege.selectOneMessageQueue()来实现的。这个方法就是随机选择一个要发送消息的broker来达到负载均衡的效果，选择的标准：尽量不选刚刚选过的broker，尽量不选发送上条消息延迟过高或没有响应的broker，也就是找到一个可用的broker。
RocketMQ 提供了三种方式发送消息：同步、异步和单向：
- 同步发送：同步发送指消息发送方发出数据后会在收到接收方发回响应之后才发下一个数据包。一般用于重要通知消息，例如重要通知邮件、营销短信。
- 异步发送：异步发送指发送方发出数据后，不等接收方发回响应，接着发送下个数据包，一般用于可能链路耗时较长而对响应时间敏感的业务场景，例如用户视频上传后通知启动转码服务。
- 单向发送：单向发送是指只负责发送消息而不等待服务器回应且没有回调函数触发，适用于某些耗时非常短但对可靠性要求并不高的场景，例如日志收集。
- Consumer
消息消费者，负责消费消息，一般是后台系统负责异步消费。
Consumer也由用户部署，支持PUSH和PULL两种消费模式，支持集群消费和广播消费，提供实时的消息订阅机制。
Pull：拉取型消费者（Pull Consumer）主动从消息服务器拉取信息，只要批量拉取到消息，用户应用就会启动消费过程，所以 Pull 称为主动消费型。
Push：推送型消费者（Push Consumer）封装了消息的拉取、消费进度和其他的内部维护工作，将消息到达时执行的回调接口留给用户应用程序来实现。所以 Push 称为被动消费类型，但其实从实现上看还是从消息服务器中拉取消息，不同于 Pull 的是 Push 首先要注册消费监听器，当监听器处触发后才开始消费消息。
RocketMQ是拉模式。
6.8 如何保证消息的可靠性（不丢失）
消息可能会在这三个阶段发生丢失：生产阶段、存储阶段、消费阶段。所以要从这三个阶段考虑：
- 生产阶段
在生产阶段，主要通过请求确认机制，来保证消息的可靠传递。
1、同步发送的时候，要注意处理响应结果和异常。如果返回响应OK，表示消息成功发送到了Broker，如果响应失败，或者发生其它异常，都应该重试。
2、异步发送的时候，应该在回调方法里检查，如果发送失败或者异常，都应该进行重试。
3、如果发生超时的情况，也可以通过查询日志的API，来检查是否在Broker存储成功。 - 存储阶段
可以通过配置可靠性优先的 Broker 参数来避免因为宕机丢消息，简单说就是可靠性优先的场景都应该使用同步。
1、消息只要持久化到CommitLog（日志文件）中，即使Broker宕机，未消费的消息也能重新恢复再消费。
2、Broker的刷盘机制：同步刷盘和异步刷盘，不管哪种刷盘都可以保证消息一定存储在pagecache中（内存中），但是同步刷盘更可靠，它是Producer发送消息后等数据持久化到磁盘之后再返回响应给Producer。
3、Broker通过主从模式来保证高可用，Broker支持Master和Slave同步复制、Master和Slave异步复制模式，生产者的消息都是发送给Master，但是消费既可以从Master消费，也可以从Slave消费。同步复制模式可以保证即使Master宕机，消息肯定在Slave中有备份，保证了消息不会丢失。
- 消费阶段
Consumer保证消息成功消费的关键在于确认的时机，不要在收到消息后就立即发送消费确认，而是应该在执行完所有消费业务逻辑之后，再发送消费确认。因为消息队列维护了消费的位置，逻辑执行失败了，没有确认，再去队列拉取消息，就还是之前的一条。
6.9 如何处理消息重复的问题
对分布式消息队列来说，同时做到确保一定投递和不重复投递是很难的，就是所谓的“有且仅有一次” 。RocketMQ择了确保一定投递，保证消息不丢失，但有可能造成消息重复。
处理消息重复问题，主要由业务端自己保证，主要的方式有两种：业务幂等和消息去重。
- 业务幂等
第一种是保证消费逻辑的幂等性，也就是多次调用和一次调用的效果是一样的。这样一来，不管消息消费多少次，对业务都没有影响。 - 消息去重
第二种是业务端，对重复的消息就不再消费了。这种方法，需要保证每条消息都有一个唯一的编号，通常是业务相关的，比如订单号，消费的记录需要落库，而且需要保证和消息确认这一步的原子性。
具体做法是可以建立一个消费记录表，拿到消息后先检查记录表里是否已经有消费过的记录，没有的再消费。这个消费记录表里要有一个唯一的ID，比如订单ID等。
6.10 怎么处理消息积压
发生了消息积压，这时候就得想办法赶紧把积压的消息消费完，就得考虑提高消费能力，一般有两种办法：
消费者扩容：如果当前Topic的Message Queue的数量大于消费者数量，就可以对消费者进行扩容，增加消费者，来提高消费能力，尽快把积压的消息消费玩。
消息迁移Queue扩容：如果当前Topic的Message Queue的数量小于或者等于消费者数量，这种情况，再扩容消费者就没什么用，就得考虑扩容Message Queue。可以新建一个临时的Topic，临时的Topic多设置一些Message Queue，然后先用一些消费者把消费的数据丢到临时的Topic，因为不用业务处理，只是转发一下消息，还是很快的。接下来用扩容的消费者去消费新的Topic里的数据，消费完了之后，恢复原状。
6.11 顺序消息如何实现
顺序消息是指消息的消费顺序和产生顺序相同，在有些业务逻辑下，必须保证顺序，比如订单的生成、付款、发货，这个消息必须按顺序处理才行。
顺序消息分为全局顺序消息和部分顺序消息：
全局顺序消息:某个Topic下的所有消息都要保证顺序；
部分顺序消息:只要保证每一组消息被顺序消费即可，比如订单消息，只要保证同一个订单 ID 个消息能按顺序消费即可。
- 部分顺序消息
部分顺序消息相对比较好实现，生产端需要做到把同 ID 的消息发送到同一个 Message Queue ；在消费过程中，要做到从同一个Message Queue读取的消息顺序处理——消费端不能并发处理顺序消息，这样才能达到部分有序。
由producer发送到broker的消息队列是满足FIFO的，所以发送是顺序的，单个queue里的消息是顺序的。多个Queue同时消费是无法绝对保证消息的有序性的。所以，同一个topic，同一个queue，发消息的时候一个线程发送消息，消费的时候一个线程去消费一个queue里的消息。
- 全局顺序消息
RocketMQ 默认情况下不保证顺序，比如创建一个 Topic ，默认八个写队列，八个读队列，这时候一条消息可能被写入任意一个队列里；在数据的读取过程中，可能有多个 Consumer ，每个 Consumer 也可能启动多个线程并行处理，所以消息被哪个 Consumer 消费，被消费的顺序和写人的顺序是否一致是不确定的。
要保证全局顺序消息， 需要先把 Topic 的读写队列数设置为 一，然后Producer Consumer 的并发设置，也要是一。简单来说，为了保证整个 Topic全局消息有序，只能消除所有的并发处理，各部分都设置成单线程处理 ，这时候就完全牺牲RocketMQ的高并发、高吞吐的特性了。
6.12 如何实现消息过滤
有两种方案：
一种是在 Broker 端按照 Consumer 的去重逻辑进行过滤，这样做的好处是避免了无用的消息传输到 Consumer 端，缺点是加重了 Broker 的负担，实现起来相对复杂。
另一种是在 Consumer 端过滤，比如按照消息设置的 tag 去重，这样的好处是实现起来简单，缺点是有大量无用的消息到达了 Consumer 端只能丢弃不处理。
一般采用Cosumer端过滤，如果希望提高吞吐量，可以采用Broker过滤。
对消息的过滤有三种方式：
1、根据Tag过滤：这是最常见的一种，用起来高效简单。
DefaultMQPushConsumer consumer = new DefaultMQPushConsumer("CID_EXAMPLE");
consumer.subscribe("TOPIC", "TAGA || TAGB || TAGC");
2、SQL 表达式过滤：SQL表达式过滤更加灵活。
DefaultMQPushConsumer consumer = new DefaultMQPushConsumer("please_rename_unique_group_name_4");
// 只有订阅的消息有这个属性a, a >=0 and a <= 3
consumer.subscribe("TopicTest", MessageSelector.bySql("a between 0 and 3");
consumer.registerMessageListener(new MessageListenerConcurrently() {
@Override
public ConsumeConcurrentlyStatus consumeMessage(List<MessageExt> msgs, ConsumeConcurrentlyContext context) {
return ConsumeConcurrentlyStatus.CONSUME_SUCCESS;
}
});
consumer.start();
3、Filter Server 方式：最灵活，也是最复杂的一种方式，允许用户自定义函数进行过滤。
6.13 延时消息
电商的订单超时自动取消，就是一个典型的利用延时消息的例子，用户提交了一个订单，就可以发送一个延时消息，1h后去检查这个订单的状态，如果还是未付款就取消订单释放库存。
RocketMQ是支持延时消息的，只需要在生产消息的时候设置消息的延时级别：
// 实例化一个生产者来产生延时消息
DefaultMQProducer producer = new DefaultMQProducer("ExampleProducerGroup");
// 启动生产者
producer.start();
int totalMessagesToSend = 100;
for (int i = 0; i < totalMessagesToSend; i++) {
Message message = new Message("TestTopic", ("Hello scheduled message " + i).getBytes());
// 设置延时等级3,这个消息将在10s之后发送(现在只支持固定的几个时间,详看delayTimeLevel)
message.setDelayTimeLevel(3);
// 发送消息
producer.send(message);
}
目前RocketMQ支持的延时级别是有限的：
private String messageDelayLevel = "1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h";
- RocketMQ怎么实现延时消息的
临时存储+定时任务。
Broker收到延时消息了，会先发送到主题（SCHEDULE_TOPIC_XXXX）的相应时间段的Message Queue中，然后通过一个定时任务轮询这些队列，到期后，把消息投递到目标Topic的队列中，然后消费者就可以正常消费这些消息。
6.14 怎么实现分布式消息事务的
半消息：是指暂时还不能被 Consumer 消费的消息，Producer 成功发送到 Broker 端的消息，但是此消息被标记为 “暂不可投递” 状态，只有等 Producer 端执行完本地事务后经过二次确认了之后，Consumer 才能消费此条消息。
依赖半消息，可以实现分布式消息事务，其中的关键在于二次确认以及消息回查：
- 1、Producer 向 broker 发送半消息。
- 2、Producer 端收到响应，消息发送成功，此时消息是半消息，标记为 “不可投递” 状态，Consumer 消费不了。
- 3、Producer 端执行本地事务。
- 4、正常情况本地事务执行完成，Producer 向 Broker 发送 Commit/Rollback，如果是 Commit，Broker 端将半消息标记为正常消息，Consumer 可以消费，如果是 Rollback，Broker 丢弃此消息。
- 5、异常情况，Broker 端迟迟等不到二次确认。在一定时间后，会查询所有的半消息，然后到 Producer 端查询半消息的执行情况。
- 6、Producer 端查询本地事务的状态。
- 7、根据事务的状态提交 commit/rollback 到 broker 端。（5，6，7 是消息回查）。
- 8、消费者段消费到消息之后，执行本地事务，执行本地事务。
6.15 死信队列
死信队列用于处理无法被正常消费的消息，即死信消息。
当一条消息初次消费失败，消息队列 RocketMQ 会自动进行消息重试；达到最大重试次数后，若消费依然失败，则表明消费者在正常情况下无法正确地消费该消息，此时，消息队列 RocketMQ 不会立刻将消息丢弃，而是将其发送到该消费者对应的特殊队列中，该特殊队列称为死信队列。
死信消息的特点：
不会再被消费者正常消费。
有效期与正常消息相同，均为 3 天。3 天后会被自动删除。因此，需要在死信消息产生后的 3 天内及时处理。
死信队列的特点：
一个死信队列对应一个 Group ID， 而不是对应单个消费者实例。
如果一个 Group ID 未产生死信消息，消息队列 RocketMQ 不会为其创建相应的死信队列。
一个死信队列包含了对应 Group ID 产生的所有死信消息，不论该消息属于哪个 Topic。
RocketMQ 控制台提供对死信消息的查询、导出和重发的功能。
6.16 如何保证RocketMQ的高可用
NameServer因为是无状态，且不相互通信的，所以只要集群部署就可以保证高可用。
RocketMQ的高可用主要是在体现在Broker的读和写的高可用，Broker的高可用是通过集群和主从实现的。
Broker可以配置两种角色：Master和Slave，Master角色的Broker支持读和写，Slave角色的Broker只支持读，Master会向Slave同步消息。也就是说Producer只能向Master角色的Broker写入消息，Cosumer可以从Master和Slave角色的Broker读取消息。
Consumer 的配置文件中，并不需要设置是从 Master 读还是从 Slave读，当 Master 不可用或者繁忙的时候， Consumer 的读请求会被自动切换到从 Slave。有了自动切换 Consumer 这种机制，当一个 Master 角色的机器出现故障后，Consumer 仍然可以从 Slave 读取消息，不影响 Consumer 读取消息，这就实现了读的高可用。
如何达到发送端写的高可用性呢？在创建 Topic 的时候，把 Topic 的多个Message Queue 创建在多个 Broker 组上（相同 Broker 名称，不同 brokerId机器组成 Broker 组），这样当 Broker 组的 Master 不可用后，其他组Master 仍然可用， Producer 仍然可以发送消息 RocketMQ 目前还不支持把Slave自动转成 Master ，如果机器资源不足，需要把 Slave 转成 Master ，则要手动停止 Slave 色的 Broker ，更改配置文件，用新的配置文件启动 Broker。
6.17 RocketMQ的整体工作流程
简单来说，RocketMQ是一个分布式消息队列，也就是消息队列+分布式系统。
作为消息队列，它是发-存-收的一个模型，对应的就是Producer、Broker、Cosumer；作为分布式系统，它要有服务端、客户端、注册中心，对应的就是Broker、Producer/Consumer、NameServer。
- 1、Broker在启动的时候去向所有的NameServer注册，并保持长连接，每30s发送一次心跳。
- 2、Producer在发送消息的时候从NameServer获取Broker服务器地址，根据负载均衡算法选择一台服务器来发送消息。
- 3、Conusmer消费消息的时候同样从NameServer获取Broker地址，然后主动拉取消息来消费。
6.18 为什么RocketMQ不使用Zookeeper作为注册中心
CAP理论，指的是在一个分布式系统中，Consistency(一致性)、Availability(可用性)、Partition Tolerance(分区容错性)，不能同时成立。
Kafka采用Zookeeper作为注册中心——当然也开始逐渐去Zookeeper，RocketMQ不使用Zookeeper其实主要可能从这几方面来考虑：
- 1、基于可用性的考虑
根据CAP理论，同时最多只能满足两个点，而Zookeeper满足的是CP，也就是说Zookeeper并不能保证服务的可用性，Zookeeper在进行选举的时候，整个选举的时间太长，期间整个集群都处于不可用的状态，而这对于一个注册中心来说肯定是不能接受的，作为服务发现来说就应该是为可用性而设计。 - 2、基于性能的考虑
NameServer本身的实现非常轻量，而且可以通过增加机器的方式水平扩展，增加集群的抗压能力，而Zookeeper的写是不可扩展的，Zookeeper要解决这个问题只能通过划分领域，划分多个Zookeeper集群来解决，首先操作起来太复杂，其次这样还是又违反了CAP中的A的设计，导致服务之间是不连通的。 - 3、持久化的机制来带的问题
ZooKeeper 的 ZAB 协议对每一个写请求，会在每个 ZooKeeper 节点上保持写一个事务日志，同时再加上定期的将内存数据镜像（Snapshot）到磁盘来保证数据的一致性和持久性，而对于一个简单的服务发现的场景来说，这其实没有太大的必要，这个实现方案太重了。而且本身存储的数据应该是高度定制化的。 - 4、消息发送应该弱依赖注册中心
RocketMQ的设计理念也正是基于此，生产者在第一次发送消息的时候从NameServer获取到Broker地址后缓存到本地，如果NameServer整个集群不可用，短时间内对于生产者和消费者并不会产生太大影响。
6.19 Broker是怎么保存数据的
RocketMQ主要的存储文件包括CommitLog文件、ConsumeQueue文件、Indexfile文件。
- 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文件保存于${Rocket_Home}/store/commitlog目录中。 - ConsumeQueue
消息消费队列，引入的目的主要是提高消息消费的性能，由于RocketMQ是基于主题topic的订阅模式，消息消费是针对主题进行的，如果要遍历commitlog文件中根据topic检索消息是非常低效的。
Consumer即可根据ConsumeQueue来查找待消费的消息。其中，ConsumeQueue（逻辑消费队列）作为消费消息的索引，保存了指定Topic下的队列消息在CommitLog中的起始物理偏移量offset，消息大小size和消息Tag的HashCode值。
ConsumeQueue文件可以看成是基于Topic的CommitLog索引文件，故ConsumeQueue文件夹的组织方式如下：topic/queue/file三层组织结构，具体存储路径为：$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。 - IndexFile
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。
- 总结
RocketMQ采用的是混合型的存储结构，即为Broker单个实例下所有的队列共用一个日志数据文件（即为CommitLog）来存储。
RocketMQ的混合型存储结构(多个Topic的消息实体内容都存储于一个CommitLog中)针对Producer和Consumer分别采用了数据和索引部分相分离的存储结构，Producer发送消息至Broker端，然后Broker端使用同步或者异步的方式对消息刷盘持久化，保存至CommitLog中。
只要消息被刷盘持久化至磁盘文件CommitLog中，那么Producer发送的消息就不会丢失。正因为如此，Consumer也就肯定有机会去消费这条消息。当无法拉取到消息后，可以等下一次消息拉取，同时服务端也支持长轮询模式，如果一个消息拉取请求未拉取到消息，Broker允许等待30s的时间，只要这段时间内有新消息到达，将直接返回给消费端。
RocketMQ的具体做法是，使用Broker端的后台服务线程—ReputMessageService不停地分发请求并异步构建ConsumeQueue（逻辑消费队列）和IndexFile（索引文件）数据。
6.20 RocketMQ怎么对文件进行读写的
RocketMQ对文件的读写巧妙地利用了操作系统的一些高效文件读写方式——PageCache、顺序读写、零拷贝。
- 顺序读写
磁盘的顺序读写性能要远好于随机读写。因为每次从磁盘读数据时需要先寻址，找到数据在磁盘上的物理位置。对于机械硬盘来说，就是移动磁头，会消耗时间。顺序读写相比于随机读写省去了大部分的寻址时间，它只需要寻址一次就可以连续读写下去，所以性能比随机读写好很多。
RocketMQ 利用了这个特性。它所有的消息数据都存放在一个无限增长的文件队列 CommitLog 中，CommitLog 是由一组 1G 内存映射文件队列组成的。写入时就从一个固定位置一直写下去，一个文件写满了就开启一个新文件顺序读写下去。 - 页缓存
页缓存（PageCache)是OS对文件的缓存，用于加速对文件的读写。一般来说，程序对文件进行顺序读写的速度几乎接近于内存的读写速度，主要原因就是由于OS使用PageCache机制对读写访问操作进行了性能优化，将一部分的内存用作PageCache。对于数据的写入，OS会先写入至Cache内，随后通过异步的方式由pdflush内核线程将Cache内的数据刷盘至物理磁盘上。对于数据的读取，如果一次读取文件时出现未命中PageCache的情况，OS从物理磁盘上访问读取文件的同时，会顺序对其他相邻块的数据文件进行预读取。 - 零拷贝
RocketMQ主要通过MappedByteBuffer对文件进行读写操作。其中，利用了NIO中的FileChannel模型将磁盘上的物理文件直接映射到用户态的内存地址中（这种Mmap的方式减少了传统IO，将磁盘文件数据在操作系统内核地址空间的缓冲区，和用户应用程序地址空间的缓冲区之间来回进行拷贝的性能开销），将对文件的操作转化为直接对内存地址进行操作，从而极大地提高了文件的读写效率（正因为需要使用内存映射机制，故RocketMQ的文件存储都使用定长结构来存储，方便一次将整个文件映射至内存）。
在操作系统中，使用传统的方式，数据需要经历几次拷贝，还要经历用户态/内核态切换。
- 从磁盘复制数据到内核态内存；
- 从内核态内存复制到用户态内存；
- 然后从用户态内存复制到网络驱动的内核态内存；
- 最后是从网络驱动的内核态内存复制到网卡中进行传输。
可以通过零拷贝的方式，减少用户态与内核态的上下文切换和内存拷贝的次数，用来提升I/O的性能。零拷贝比较常见的实现方式是mmap，这种机制在Java中是通过MappedByteBuffer实现的。
6.21 消息刷盘怎么实现的
RocketMQ提供了两种刷盘策略：
同步刷盘：在消息达到Broker的内存之后，必须刷到commitLog日志文件中才算成功，然后返回Producer数据已经发送成功。
异步刷盘：异步刷盘是指消息达到Broker内存后就返回Producer数据已经发送成功，会唤醒一个线程去将数据持久化到CommitLog日志文件中。
Broker 在消息的存取时直接操作的是内存（内存映射文件），这可以提供系统的吞吐量，但是无法避免机器掉电时数据丢失，所以需要持久化到磁盘中。
刷盘的最终实现都是使用NIO中的 MappedByteBuffer.force() 将映射区的数据写入到磁盘，如果是同步刷盘的话，在Broker把消息写到CommitLog映射区后，就会等待写入完成。
异步而言，只是唤醒对应的线程，不保证执行的时机：
6.22 RocketMQ消息长轮询
RocketMQ和Kafka都是利用“长轮询”来实现拉模式。
长轮询，就是Consumer拉取消息，如果对应的Queue如果没有数据，Broker 不会立即返回，而是把PullReuqest hold起来，等待queue有了消息后，或者长轮询阻塞时间到了，再重新处理该queue上的所有PullRequest。
- RocketMQ 中的长轮询
RocketMQ中的PushConsumer其实是披着拉模式的方法，只是看起来像推模式而已。因为RocketMQ在被背后偷偷的帮我们去Broker请求数据了。
Consumer后台会有个RebalanceService线程，这个线程会根据topic的队列数量和当前消费组的消费者个数做负载均衡。每个队列产生的pullRequest放入阻塞队列pullRequestQueue中。然后又有个PullMessageService线程不断的从阻塞队列pullRequestQueue中获取pullRequest，然后通过网络请求broker，这样实现的准实时拉取消息。
然后Broker的PullMessageProcessor里面的processRequest方法是用来处理拉消息请求的，有消息就直接返回；没消息就挂起。
PullRequestHoldService这个线程，会每5秒从pullRequestTable取PullRequest请求，然后看看待拉取消息请求的偏移量是否小于当前消费队列最大偏移量。如果条件成立则说明有新消息了，则会调用notifyMessageArriving，最终调用PullMessageProcessor的 executeRequestWhenWakeup()方法重新尝试处理这个消息的请求，也就是再来一次，整个长轮询的时间默认30秒。
简单的说，就是5秒会检查一次消息是否到了，如果到了则调用processRequest再处理一次。
还有个ReputMessageService线程，这个线程用来不断地从commitLog中解析数据并分发请求，构建出ConsumeQueue和IndexFile两种类型的数据，并且也会有唤醒请求的操作，来弥补每5s一次这么慢的延迟，就是消息写入并且会调用 pullRequestHoldService#notifyMessageArriving。
整个流程：
可以看到RocketMQ采用“长轮询”的机制，具体的做法都是通过消费者等待消息，当有消息的时候Broker会直接返回消息，如果没有消息都会采取延迟处理的策略，并且为了保证消息的及时性，在对应队列或者分区有新消息到来的时候都会提醒消息来了，及时返回消息。
一句话说就是消费者和Broker相互配合，拉取消息请求不满足条件的时候hold住，避免了多次频繁的拉取动作，当消息一到就提醒返回。
6.23 什么时候清理过期消息
4.6版本默认48（默认是72，但是broker配置文件默认改成了48，所以新版本都是48）小时后会删除不再使用的CommitLog文件。
检查这个文件最后访问时间。
判断是否大于过期时间。
指定时间删除，默认凌晨4点。
6.24 RocketMQ的负载均衡是如何实现的
RocketMQ是分布式消息服务，负载均衡是在生产和消费的客户端完成的。
- 生产者的负载均衡
实质是在选择MessageQueue对象（内部包含了brokerName和queueId），第一种是默认策略，从MessageQueue列表中随机选择一个，算法时通过自增随机数对列表打下取余得到位置信息，但获得的MessageQueue所在集群不能是上次失败集群。第二种是超时容忍策略，先随机选择一个MessageQueue，如果因为超时等异常发送失败，会优先选择该broker集群下其他MessageQueue发送，如果没找到就从之前发送失败的Broker集群中选一个进行发送，若还没有找到才使用默认策略。 - 消费者的负载均衡
可选的有六种算法。
1、平均分配算法。
2、环形算法。
3、指定机房算法。
4、就近机房算法。
5、统一哈希算法。使用一致性哈希算法进行负载，每次负载都会重建一致性hash路由表，获取本地客户端负责的所有队列信息。默认的hash算法为MD5，假设有4个消费者客户端和2个消息队列mq1和mq2，通过hash后分布在hash环的不同位置，按照一致性hash的顺时针查找原则，mq1被client2消费，mq2被client3消费。
6、手动配置算法。
6.25 消息队列设计成推消息还是拉消息
- 推拉模式
推拉模式的时候指的是Comsumer和Broker之间的交互。
默认的认为Producer与Broker之间就是推的方式，即Producer将消息推送给Broker，而不是Broker主动去拉取消息。 - 推模式
推模式指的是消息从Broker推向Consumer，即Consumer被动的接收消息，由Broker来主导消息的发送。
【推模式的优点】
1、消息实时性高， Broker 接受完消息之后可以立马推送给 Consumer。
2、对于消费者使用来说简单。
【推模式的缺点】
推送速率难以适应消费速率，推模式的目标就是以最快的速度推送消息，当生产者往 Broker 发送消息的速率大于消费者消费消息的速率时，随着时间的增长消费者那边可能就“爆仓”了，因为根本消费不过来。
并且不同的消费者的消费速率还不一样，身为Broker很难平衡每个消费者的推送速率，如果要实现自适应的推送速率，那就需要在推送的时候消费者告诉Broker ，然后Broker需要维护每个消费者的状态进行推送速率的变更。这增加了Broker自身的复杂度。所以说推模式难以根据消费者的状态控制推送速率，适用于消息量不大、消费能力强要求实时性高的情况。 - 拉模式
拉模式指的是Consumer主动向Broker请求拉取消息，即Broker被动的发送消息给Consumer。
拉模式主动权就在消费者身上了，消费者可以根据自身的情况来发起拉取消息的请求。假设当前消费者觉得自己消费不过来了，它可以根据一定的策略停止拉取，或者间隔拉取都行。
拉模式下Broker就相对轻松了，它只管存生产者发来的消息，至于消费的时候自然由消费者主动发起，来一个请求就给它消息，从哪开始拿消息，拿多少消费者都告诉它。
拉模式可以更合适的进行消息的批量发送，基于推模式可以来一个消息就推送，也可以缓存一些消息之后再推送，但是推送的时候其实不知道消费者到底能不能一次性处理这么多消息。而拉模式就更加合理，它可以参考消费者请求的信息来决定缓存多少消息之后批量发送。
【拉模式的缺点】
1）消息延迟。毕竟是消费者去拉取消息，但是消费者怎么知道消息到了呢？所以它只能不断地拉取，但是又不能很频繁地请求，太频繁了就变成消费者在攻击 Broker 了。因此需要降低请求的频率，比如隔个2 秒请求一次，你看着消息就很有可能延迟 2 秒了。
2）消息忙请求，忙请求就是比如消息隔了几个小时才有，那么在几个小时之内消费者的请求都是无效的，在做无用功。 - 推拉模式如何选择
RocketMQ 和Kafka都选择了拉模式，当然业界也有基于推模式的消息队列如 ActiveMQ。
拉模式可能适用性更好些，因为现在的消息队列都有持久化消息的需求，也就是说本身它就有个存储功能，它的使命就是接受消息，保存好消息使得消费者可以消费消息即可。
6.26 如何设计一个消息队列
需要明确地提出消息中间件的几个重要角色，分别是生产者、消费者、Broker、注册中心。
简述下消息中间件数据流转过程：无非就是生产者生成消息，发送至Broker，Broker可以暂缓消息，然后消费者再从Broker获取消息，用于消费。
注册中心用于服务的发现包括：Broker的发现、生产者的发现、消费者的发现，当然还包括下线，可以说服务的高可用离不开注册中心。
然后开始简述实现要点，可以同通信讲起：各模块的通信可以基于Netty然后自定义协议来实现。注册中心可以利用zookeeper、consul、eureka、nacos等等，也可以像RocketMQ自己实现简单的nameserver。
为了考虑扩容和整体的性能，采用分布式的思想，像Kafka一样采取分区理念，一个Topic分为多个partition。并且为保证数据可靠性，采取多副本存储，即Leader和follower，根据性能和数据可靠的权衡提供异步和同步的刷盘存储。
并且利用选举算法保证Leader挂了之后Follower可以顶上，保证消息队列的高可用。
也同样为了提高消息队列的可靠性利用本地文件系统来存储消息，并且采用顺序写的方式来提高性能。也可以根据消息队列的特性利用内存映射、零拷贝进一步的提升性能。