深入源码聊聊RocketMQ的刷盘机制

Posted 2022-05-06 Leo聊技术

大家好，我是Leo。

今天聊一下RocketMQ的三种刷盘机制。

• 同步刷盘
• 异步刷盘（RocketMQ默认）
• 异步刷盘+缓冲区

出自微信公众号【欢少的成长之路】

本章概括

同步刷盘

整个同步刷盘策略由 ​​FlushCommitLogService​​​ 与 ​​GroupCommitService​​ 实现。

​​FlushCommitLogService​​​ 是 ​​GroupCommitService​​ 刷盘服务的父类，它是一个抽象类，本身没有实现，只是一个标记类，刷盘策略由子类负责完成。

同步刷盘时，只有消息被真正持久化到磁盘才会响应 ACK，可靠性非常高，但是性能会受到较大影响，适用于金融业务。（可参考图一）

由下列参数决定刷盘策略

FlushDiskType：SYNC_FLUSH（同步刷盘）

图一同步刷盘流程图

Broker 接收到消息后，会将消息交给 CommitLog 负责存储。CommitLog 先定位到最新的 MappedFile，然后将消息按照固定格式追加到其中。（可参考图二）

图二CommitLog构造函数加载流程

CommitLog

是一个构造函数

GroupCommitRequest

代表一个刷盘的请求

图三GroupCommitRequest函数

putRequest

通过加锁对每一个写请求都加到 ​​requestWrite​​ 集合

图四putRequest函数

swapRequests

每次提交完刷盘之后，需要对读写请求数据交换。

刷盘请求为啥还要分读写两个列表呢？这是用来做读写分离用的，Producer 发送消息的请求量是非常大的，GroupCommitService 的刷盘操作是同步的，刷盘期间仍然会有大量的刷盘请求被提交进来，拆分成两个读写列表，请求提交到写列表，刷盘时处理读列表，刷盘结束交换列表，循环往复，两者可以同时进行。

图五swapRequests函数

当有同步请求被提交进来，线程就会被唤醒，然后执行​​doCommit​​​方法，刷盘的核心是调用了 MappedFileQueue 的​​flush​​​方法。flush 方法需要传​​flushLeastPages​​参数，它代表刷盘的最小页数，对于同步刷盘来说，不允许消息丢失，只要写入数据就要刷盘，所以页数为 0。

doCommit

图六doCommit函数

flush

刷盘函数。flush 方法会根据刷盘的偏移量定位到对应的 MappedFile，然后调用​​flush​​开始刷盘，最后更新刷盘偏移量。

图七flush函数

isAbleToFlush

计算是否需要刷盘。只有新写入的数据超过指定页才刷盘，避免频繁无意义的刷盘。

刷盘最核心的方法自然是 MappedFile 的​​flush​​​方法了，它会先根据​​flushLeastPages​​计算是否需要刷盘。例如最小刷盘页为 4 时，最小刷盘数据就是 16KB，如果写入的数据不足 16KB 就会跳过刷盘

图八isAbleToFlush函数

run

GroupCommitService子实现类的入口函数

图九run函数

总结

由CommitLog构造函数结构图可得知

1. 如果是同步刷盘策略，会初始化​​GroupCommitService​​ 子实现类。最终继承的是Runnable接口，会先启动run线程。
2. run线程主要做的一件事情就是不断监测当前服务是否停止，只要不停止就会一直执行，也就是每10毫秒会执行​​doCommit​​ 函数。
3. doCommit函数主要处理的是，只要读请求不为空就一直处理，首先会判断文件刷新到的offset是否大于等于刷盘offset。并且考虑到一条消息可能存在两个文件中，因此最多可能存在两次刷盘。
4. 成立之后会调用​​flush​​​ 函数，因为同步刷盘的规则是来一条就刷一条，所以是​​flush(0)​​
5. 刷新完毕后，唤醒用户线程，（通知其他线程，继续工作了）
6. 收尾工作（刷新消息物理落盘时间，交互读写请求）

3. 如果文件刷盘的偏移量 < 请求的下一个偏移量，则说明还没有刷新完，还需要继续刷新

异步刷盘

RocketMQ默认是采用异步刷盘的策略，因为异步刷盘既兼顾了性能，也兼顾了可靠性。

异步刷盘时，消息写入 PageCache 就会响应 ACK，然后由后台线程异步将 PageCache 里的内容持久化到磁盘，降低了读写延迟，提高了性能和吞吐量。服务宕机消息不丢失，机器断电少量消息丢失。

由下列参数决定刷盘策略

FlushDiskType：ASYNC_FLUSH（异步刷盘）

整个异步刷盘策略由 ​​FlushCommitLogService​​​ 与 ​​FlushRealTimeService​​ 实现。

​​FlushCommitLogService​​ 是CommitLog 刷盘服务的父类，它是一个抽象类，本身没有实现，只是一个标记类，刷盘策略由子类负责完成。

对于异步刷盘，没有提交刷盘请求一说。它不像同步刷盘，只要有消息写入 CommitLog 就要执行刷盘操作，因为异步刷盘是定时执行的。

异步刷盘时，仅仅需要调用 ​​wakeup​​​ 方法唤醒线程即可。所以，我们重点看它的​​run​​方法。

run

图十异步刷盘子类run函数

flush

刷盘函数。flush 方法会根据刷盘的偏移量定位到对应的 MappedFile，然后调用​​flush​​开始刷盘，最后更新刷盘偏移量。

图十一flush函数

isAbleToFlush

计算是否需要刷盘。只有新写入的数据超过指定页才刷盘，避免频繁无意义的刷盘。

刷盘最核心的方法自然是 MappedFile 的​​flush​​​方法了，它会先根据​​flushLeastPages​​计算是否需要刷盘。例如最小刷盘页为 4 时，最小刷盘数据就是 16KB，如果写入的数据不足 16KB 就会跳过刷盘

图十二isAbleToFlush函数

waitForRunning

总结

1. 如果是异步刷盘策略，会初始化​​FlushRealTimeService​​ 子实现类。最终继承的是Runnable接口，会先启动run线程。
2. run线程会一直执行，直到服务被迫停止，或者人为干预停止
3. 首先获取RocketMQ当前配置是否定时刷新日志，如果是，sleep睡眠自定义的时间。如果不是，执行​​waitForRunning​​ 函数等待自定义的时间。
4. 根据自定义的刷盘页数进行​​flush​​ 刷盘。更新后修改消息落盘时间。
5. 第五点主要关键，为了保证所有的数据一致性，如果服务停止，那么把剩余的没有刷新到磁盘的消息刷盘，重复次数为10次

1. 获取是否定时刷新日志的设定
2. 获取刷新到磁盘的时间间隔
3. 获取一次刷新到磁盘的最少页数
4. 获取刷新CommitLog的频率

异步刷盘+缓冲区

异步刷盘+缓冲区，消息先写入直接内存缓冲区，然后由后台线程异步将缓冲区里的内容持久化到磁盘，性能最好。但是最不可靠，服务宕机和机器断电都会丢失消息。

整个异步刷盘策略由 ​​FlushCommitLogService​​​ 与 ​​CommitRealTimeService​​ 实现。

​​FlushCommitLogService​​ 是CommitLog 刷盘服务的父类，它是一个抽象类，本身没有实现，只是一个标记类，刷盘策略由子类负责完成。

这是最激进的一种刷盘策略，性能最好，但是也最不可靠。同样没有刷盘请求一说，只需要唤醒线程即可开始工作。

和 FlushRealTimeService 流程差不多，区别仅仅是将​​flush​​​换成​​commit​​了，先将直接内存缓冲区的数据写入 FileChannel，然后唤醒 FlushRealTimeService 对 FIleChannel 做持久化。

run

commit

关键点在 MappedFileQueue 的​​commit​​​方法，它会根据 Commit 偏移量定位到 MappedFile，然后调用它的​​commit0​​方法。它仅仅是将直接内存缓冲区的数据写入 FileChannel，此时数据并没有真正持久化到磁盘。

commit0

总结

1. 从Broker发送给CommitLog存储时，就已经创建了​​CommitRealTimeService​​ 实现类，只是用不用的问题，如果用到了就是执行开始处理run函数里的逻辑
2. 它跟异步刷盘的不同点是，异步刷盘是定时​​flush​​ 。 这里没有进行flush，而且通过先按照文件提交的offset查找数据。然后提交
3. 这里的提交分两类，一类是没有使用临时存储池。使用的是mappedByteBuffer也就是内存映射的方式。直接写到映射区域中的，那么这个时候就不需要写入的fileChannel了。直接返回写入的位置作为已经提交的位置。
4. 另一类是临时存储池，使用的堆外内存，那么这个时候需要先把信息提交到fileChannel中

结尾

RocketMQ 针对 CommitLog 文件支持三种持久化策略。

• 同步刷盘时，每次消息写入都会提交刷盘请求给 GroupCommitService，调用 MappedByteBuffer 的​​force​​方法将内核缓冲区的数据强制刷新到磁盘，成功才响应 ACK。
• 异步刷盘时，消息写入 PageCache 立即响应 ACK，由 FlushRealTimeService 线程每隔 500ms 对 CommitLog 文件进行一次刷盘操作，流程和上述一样。
• 异步刷盘且开启缓冲区时，RocketMQ 申请一块直接内存用作数据缓冲区，消息先写入缓冲区，然后由 CommitRealTimeService 线程定时将缓冲区数据写入 FileChannel，再唤醒 FlushRealTimeService 将 FileChannel 缓冲区数据强制刷新到磁盘。

开启缓冲区有什么用？类似在内存层面做了读写分离，写数据走直接内存，读数据走 PageCache，最大程度的消除了 PageCache 锁竞争，避免 PageCache 被交换到 Swap 分区，导致服务响应耗时出现毛刺。

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