图解 RocketMQ 架构

写在前面

Kafka、RocketMQ都是很出名的中间件，上次我们讲解了Kafka，这次我们来讲讲RocketMQ的原理。

基本架构图

解析

RocketMQ 总共可以分成四个模块

• NameServer：提供服务发现和路由功能，管理各种元数据信息。
• Broker：消息存储和路由分发节点，负责存储消息和将消息路由给消费者。
• Producer：消息生产者，负责产生并发送消息到指定的 Topic。
• Consumer：消息消费者，订阅 Topic 并从 Broker 拉取消息进行处理。
  

大体读写步骤

0. 注册 Broker Cluster 到 NameServer。
1. 注册 Producer、Consumer 到 NameServer。
2. Producer 获取MQ集群的Broker、Queue等信息。
3. Producer 发消息，一般消息都会选择master进行写入，而slave进行读取。
4. 顺序写入消息到 commit log 中。
5. queue log会记录每条commit log的存储信息，当然不会记录所有，只记录一些重要的，commitLogOffset等等。
6. master 将消息异步给slave。
7. Consumer读取slave的消息。
8. Consumer返回ACK作为确认消息消费成功。

1. NameServer

当Broker服务启动后，会向NameServer注册信息，比如broker中的Topic、消费偏移量、队列、ip、端口等，由Broker的心跳发送到NameServer，BrokerCluster 中的每一个节点都会注册到NameServer上。

即使一个NameService节点挂了，剩下的一个NameService节点仍然包含所有的broker信息。不过NameService是无状态的， NameService之间不会相互通信，那么一个NameService挂了，不会影响另外一个NameService。

注册完Broker之后，NameServer会每隔10s发送心跳检查Broker，如果Broker超过120s还没有相应，则这个Broker被视为宕机

2. Broker

2.1 CommitLog & Message Queue

Broker 启动，跟所有的 NameServer 保持长连接，每 30s 发送一次发送心跳包（像心跳一样持续稳定的发送请求）。心跳包中包含当前 Broker 信息 ( IP+ 端口等）以及存储所有 Topic 信息。注册成功后，NameServer 集群中就有 Topic 跟 Broker 的映射关系。

Broker接受消息，会顺序写入消息到 CommitLog 中。Broker里面的两个存储介质：Commit log 和 Message queue的区别：

1. Commit log 存储消息实体。顺序写，随机读。虽然是随机读，但是利用package机制，可以批量地从磁盘读取，作为cache存到内存中，加速后续的读取速度。
2. Message queue 存储消息的偏移量。读消息先读 message queue，根据偏移量到 commit log 读消息本身。

所以其实我们的消息不是存放在queue中，而是存放在commit log中，这就是为什么queue会被称为逻辑队列

2.2 Index File

2.2.1 介绍

因为所有的消息都存在CommitLog中，如果要实现根据 key 查询 消息的方法，就会变得非常困难，所以为了解决这种业务需求，有了IndexFile的存在。用于为生成的索引文件提供访问服务，通过消息 Key 值查询消息真正的实体内容。

IndexFile 如何创建？以创建的时间戳命名。参数：phyOffset物理偏移量（也就是commitLogOffset）、keys。

如何查询消息呢？

2.2.2 按照MessageId查询

RocketMQ中的MessageId的长度总共有16字节，其中包含了消息存储主机地址（IP地址和端口），消息Commit Log offset。

1. Client 端从 MessageId 中解析出 Broker 的地址（IP地址和端口）和Commit Log的偏移地址发送一个RPC请求。
2. Broker 端读取消息的过程用其中的 commitLog offset 和 size 去 commitLog 中找到真正的记录并解析成一个完整的消息返回。

2.2.3 按照Message Key查询

1. 找槽位：slotKey = 40 byte + hash(topic + "#" + key) % 500W * 4byte。
2. 计算槽位：slotValue = 最新插入 index 的位置。
3. 遍历单向链表：从 slotValue 找到最新 index 在整个索引文件中位置 = 40byte +500w*4byte + slotValue*20byte，然后根据单个索引文件的 pre index 值找到前一个索引，一直遍历下去，直到index数据中key hash和时间区间都满足即可。添加到 commitLogOffset 的 list) 中。
4. 最终根据其中的 commitLogOffset 从 CommitLog 文件中读取消息的实体内容。

3. Producer

略。Producer好像除了负载均衡，就没什么好讲的地方了。

4. Consumer

在RocketMQ中，Consumer端的两种消费模式（Push/Pull）都是基于拉模式来获取消息的，pull需要手动实现拉取消息，push只需要实现消费监听器。但实际底层都是pull。

在Consumer启动后，会通过定时任务不断地向所有Broker实例发送心跳包，包含：消息消费分组名称、订阅关系集合、消息通信模式和客户端id的值等信息

Broker端在收到Consumer的心跳消息后，会将它维护在 ConsumerManager 的本地缓存变量。会根据消费者组获取对应维护的消费者组信息。

如果是新加入的consumer获取订阅信息变了，会通知这个消费者组里面的其他消费者说消费者有变化，被通知到的消费者就会重新负载均衡。

参考

[1] https://www.modb.pro/db/141171
[2] https://www.cnblogs.com/duanxz/p/5020398.html
[3] https://www.cnblogs.com/dennyzhangdd/p/15035116.html
[4] https://www.alibabacloud.com/blog/rocketmq-5-0-architecture-analysis-how-to-support-diversified-scenarios-based-on-cloud-native-architecture_600564
[5] https://cloud.tencent.com/developer/article/2277381
[6] https://www.cnblogs.com/hzzjj/p/16552514.html