RocketMQ架构模块解析

RocketMQ是一个分布式开放消息中间件，底层基于队列模型来实现消息收发功能。RocketMQ集群中包含4个模块：Namesrv, Broker, Producer, Consumer。

• Namesrv: 存储当前集群所有Brokers信息、Topic跟Broker的对应关系。
• Broker: 集群最核心模块，主要负责Topic消息存储、消费者的消费位点管理（消费进度）。
• Producer: 消息生产者，每个生产者都有一个ID(编号)，多个生产者实例可以共用同一个ID。同一个ID下所有实例组成一个生产者集群。
• Consumer: 消息消费者，每个订阅者也有一个ID(编号)，多个消费者实例可以共用同一个ID。同一个ID下所有实例组成一个消费者集群。

集群部署架构

结合部署结构图，描述集群工作流程：
1，启动Namesrv，Namesrv起来后监听端口，等待Broker、Produer、Consumer连上来，相当于一个路由控制中心。
2，Broker启动，跟所有的Namesrv保持长连接，定时发送心跳包。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，namesrv集群中就有Topic跟Broker的映射关系。
3，收发消息前，先创建topic，创建topic时需要指定该topic要存储在哪些Broker上。也可以在发送消息时自动创建Topic。
4，Producer发送消息，启动时先跟Namesrv集群中的其中一台建立长连接，并从Namesrv中获取当前发送的Topic存在哪些Broker上，然后跟对应的Broker建长连接，直接向Broker发消息。
5，Consumer跟Producer类似。跟其中一台Namesrv建立长连接，获取当前订阅Topic存在哪些Broker，然后直接跟Broker建立连接通道，开始消费消息。

 

模块功能特性

Namesrv

1. Namesrv用于存储Topic、Broker关系信息，功能简单，稳定性高。多个Namesrv之间相互没有通信，单台Namesrv宕机不影响其他Namesrv与集群；即使整个Namesrv集群宕机，已经正常工作的Producer，Consumer，Broker仍然能正常工作，但新起的Producer, Consumer，Broker就无法工作。
2. Namesrv压力不会太大，平时主要开销是在维持心跳和提供Topic-Broker的关系数据。但有一点需要注意，Broker向Namesr发心跳时，会带上当前自己所负责的所有Topic信息，如果Topic个数太多（万级别），会导致一次心跳中，就Topic的数据就几十M，网络情况差的话，网络传输失败，心跳失败，导致Namesrv误认为Broker心跳失败。

 

Broker

1，高并发读写服务

Broker的高并发读写主要是依靠以下两点：

• 消息顺序写，所有Topic数据同时只会写一个文件，一个文件满1G，再写新文件，真正的顺序写盘，使得发消息TPS大幅提高。
• 消息随机读，RocketMQ尽可能让读命中系统pagecache，因为操作系统访问pagecache时，即使只访问1K的消息，系统也会提前预读出更多的数据，在下次读时就可能命中pagecache，减少IO操作。

2，负载均衡与动态伸缩

负载均衡：Broker上存Topic信息，Topic由多个队列组成，队列会平均分散在多个Broker上，而Producer的发送机制保证消息尽量平均分布到所有队列中，最终效果就是所有消息都平均落在每个Broker上。

动态伸缩能力（非顺序消息）：Broker的伸缩性体现在两个维度：Topic, Broker。

• Topic维度：假如一个Topic的消息量特别大，但集群水位压力还是很低，就可以扩大该Topic的队列数，Topic的队列数跟发送、消费速度成正比。
• Broker维度：如果集群水位很高了，需要扩容，直接加机器部署Broker就可以。Broker起来后想Namesrv注册，Producer、Consumer通过Namesrv发现新Broker，立即跟该Broker直连，收发消息。

3，高可用&高可靠

高可用：集群部署时一般都为主备，备机实时从主机同步消息，如果其中一个主机宕机，备机提供消费服务，但不提供写服务。

高可靠：所有发往broker的消息，有同步刷盘和异步刷盘机制；同步刷盘时，消息写入物理文件才会返回成功，异步刷盘时，只有机器宕机，才会产生消息丢失，broker挂掉可能会发生，但是机器宕机崩溃是很少发生的，除非突然断电

4，Broker与Namesrv的心跳机制
单个Broker跟所有Namesrv保持心跳请求，心跳间隔为30秒，心跳请求中包括当前Broker所有的Topic信息。Namesrv会反查Broer的心跳信息，如果某个Broker在2分钟之内都没有心跳，则认为该Broker下线，调整Topic跟Broker的对应关系。但此时Namesrv不会主动通知Producer、Consumer有Broker宕机。

 

消费者

消费者启动时需要指定Namesrv地址，与其中一个Namesrv建立长连接。消费者每隔30秒从nameserver获取所有topic的最新队列情况，这意味着某个broker如果宕机，客户端最多要30秒才能感知。连接建立后，从namesrv中获取当前消费Topic所涉及的Broker，直连Broker。

Consumer跟Broker是长连接，会每隔30秒发心跳信息到Broker。Broker端每10秒检查一次当前存活的Consumer，若发现某个Consumer 2分钟内没有心跳，就断开与该Consumer的连接，并且向该消费组的其他实例发送通知，触发该消费者集群的负载均衡。

消费者端的负载均衡
先讨论消费者的消费模式，消费者有两种模式消费：集群消费，广播消费。

• 广播消费：每个消费者消费Topic下的所有队列。
• 集群消费：一个topic可以由同一个ID下所有消费者分担消费。具体例子：假如TopicA有6个队列，某个消费者ID起了2个消费者实例，那么每个消费者负责消费3个队列。如果再增加一个消费者ID相同消费者实例，即当前共有3个消费者同时消费6个队列，那每个消费者负责2个队列的消费。

消费者端的负载均衡，就是集群消费模式下，同一个ID的所有消费者实例平均消费该Topic的所有队列。

 

生产者(Producer)

Producer启动时，也需要指定Namesrv的地址，从Namesrv集群中选一台建立长连接。如果该Namesrv宕机，会自动连其他Namesrv。直到有可用的Namesrv为止。

生产者每30秒从Namesrv获取Topic跟Broker的映射关系，更新到本地内存中。再跟Topic涉及的所有Broker建立长连接，每隔30秒发一次心跳。在Broker端也会每10秒扫描一次当前注册的Producer，如果发现某个Producer超过2分钟都没有发心跳，则断开连接。

生产者端的负载均衡

生产者发送时，会自动轮询当前所有可发送的broker，一条消息发送成功，下次换另外一个broker发送，以达到消息平均落到所有的broker上。

 

这里需要注意一点：假如某个Broker宕机，意味生产者最长需要30秒才能感知到。在这期间会向宕机的Broker发送消息。当一条消息发送到某个Broker失败后，会往该broker自动再重发2次，假如还是发送失败，则抛出发送失败异常。业务捕获异常，重新发送即可。客户端里会自动轮询另外一个Broker重新发送，这个对于用户是透明的。

 

demo演示：
git clone https://github.com/javahongxi/incubator-rocketmq.git
创建配置文件conf.properties
rocketmqHome=D:\\github\\incubator-rocketmq\\distribution
namesrvAddr=127.0.0.1:9876
mapedFileSizeCommitLog=52428800
mapedFileSizeConsumeQueue=30000

-c conf.properties
依次启动NamesrvStartup,BrokerStartup,Consumer,Producer

 

rocketmq扩展：https://github.com/javahongxi/incubator-rocketmq-externals.git