聊聊 RocketMQ 主從復(fù)制
RocketMQ 主從復(fù)制是 RocketMQ 高可用機(jī)制之一，數(shù)據(jù)可以從主節(jié)點(diǎn)復(fù)制到一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn)。
這篇文章，我們聊聊 RocketMQ 的主從復(fù)制，希望大家讀完之后，能夠理解主從復(fù)制的精髓。
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一、同步與異步
在 RocketMQ 的集群模式中，Broker 分為 Master 與 Slave，一個(gè) Master 可以對(duì)應(yīng)多個(gè) Slave，但是一個(gè) Slave 只能對(duì)應(yīng)一個(gè) Master。
每個(gè) Broker 與 Name Server 集群中的所有節(jié)點(diǎn)建立長(zhǎng)連接，定時(shí)注冊(cè) Topic 信息到所有 Name Server。
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Master 節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收客戶(hù)端的寫(xiě)入請(qǐng)求，并將消息持久化到磁盤(pán)上。而 Slave 節(jié)點(diǎn)則負(fù)責(zé)從 Master 節(jié)點(diǎn)復(fù)制消息數(shù)據(jù)，并保持與 Master 節(jié)點(diǎn)的同步。
1、同步復(fù)制
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每個(gè) Master 配置一個(gè) Slave ，有多對(duì) Master-Slave ，HA 采用同步雙寫(xiě)方式，即只有主備都寫(xiě)成功，才向應(yīng)用返回成功。
這種模式的優(yōu)缺點(diǎn)如下：
- 優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)與服務(wù)都無(wú)單點(diǎn)故障，Master宕機(jī)情況下，消息無(wú)延遲，服務(wù)可用性與數(shù)據(jù)可用性都非常高；
- 缺點(diǎn)：性能比異步復(fù)制模式略低（大約低10%左右），發(fā)送單個(gè)消息的 RT 會(huì)略高，且目前版本在主節(jié)點(diǎn)宕機(jī)后，備機(jī)不能自動(dòng)切換為主機(jī)。
2、異步復(fù)制
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每個(gè) Master 配置一個(gè) Slave ，有多對(duì) Master-Slave ，HA 采用異步復(fù)制方式，主備有短暫消息延遲（毫秒級(jí)），這種模式的優(yōu)缺點(diǎn)如下：
- 優(yōu)點(diǎn)：即使磁盤(pán)損壞，消息丟失的非常少，且消息實(shí)時(shí)性不會(huì)受影響，同時(shí)Master宕機(jī)后，消費(fèi)者仍然可以從Slave消費(fèi)，而且此過(guò)程對(duì)應(yīng)用透明，不需要人工干預(yù)，性能同多 Master 模式幾乎一樣；
- 缺點(diǎn)：Master 宕機(jī)，磁盤(pán)損壞情況下會(huì)丟失少量消息 。
復(fù)制流程分為兩個(gè)部分：元數(shù)據(jù)復(fù)制和消息數(shù)據(jù)復(fù)制。
- 主從服務(wù)器同步主題，消費(fèi)者進(jìn)度，延遲消費(fèi)進(jìn)度，消費(fèi)者配置數(shù)據(jù)
- 主從服務(wù)器同步消息數(shù)據(jù)
二、元數(shù)據(jù)復(fù)制
Slave Broker 定時(shí)任務(wù)每隔 10 秒會(huì)同步元數(shù)據(jù)，包括主題，消費(fèi)進(jìn)度，延遲消費(fèi)進(jìn)度，消費(fèi)者配置。
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同步主題時(shí), Slave Broker 向 Master Broker 發(fā)送 RPC 請(qǐng)求，返回?cái)?shù)據(jù)后，首先加入本地緩存里，然后持久化到本地。
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三、消息數(shù)據(jù)復(fù)制
下圖是 Master 和 Slave 消息數(shù)據(jù)同步的流程圖。
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1、Master 啟動(dòng)后監(jiān)聽(tīng)指定端口；
Master 啟動(dòng)后創(chuàng)建 AcceptSocketService 服務(wù) , 用來(lái)創(chuàng)建客戶(hù)端到服務(wù)端的 TCP 鏈接。
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RocketMQ 抽象了鏈接對(duì)象 HAConnection , HAConnection 會(huì)啟動(dòng)兩個(gè)線程，分別用于讀服務(wù)和寫(xiě)服務(wù)：
- 讀服務(wù)：處理 Slave 發(fā)送的請(qǐng)求
- 寫(xiě)服務(wù)：用于向 Slave 傳輸數(shù)據(jù)
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2、Slave 啟動(dòng)后，嘗試連接 Master ，建立 TCP 連接；
HAClient 是客戶(hù)端 Slave 的核心類(lèi) ，負(fù)責(zé)和 Master 創(chuàng)建連接和數(shù)據(jù)交互。
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客戶(hù)端在啟動(dòng)后，首先嘗試連接 Master , 查詢(xún)當(dāng)前消息存儲(chǔ)中最大的物理偏移量 ，并存儲(chǔ)在變量 currentReportedOffset 里。
3、Slave 向 Master 匯報(bào)拉取消息偏移量；
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上報(bào)進(jìn)度的數(shù)據(jù)格式是一個(gè) Long 類(lèi)型的 Offset , 8個(gè)字節(jié) , 非常簡(jiǎn)潔 。
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發(fā)送到 Socket 緩沖區(qū)后 , 修改最后一次的寫(xiě)時(shí)間 lastWriteTimestamp 。
4、Master 解析請(qǐng)求偏移量，從消息文件中檢索該偏移量后的所有消息；
當(dāng) Slave 上報(bào)數(shù)據(jù)到 Master 時(shí)，觸發(fā) SelectionKey.OP_READ 事件，Master 將請(qǐng)求交由 ReadSocketService 服務(wù)處理：
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當(dāng) Slave Broker 傳遞了自身 commitlog 的 maxPhyOffset 時(shí)，Master 會(huì)馬上中斷 selector.select(1000) ，執(zhí)行 processReadEvent 方法。
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processReadEvent 方法的核心邏輯是設(shè)置 Slave 的當(dāng)前進(jìn)度 offset ，然后通知復(fù)制線程當(dāng)前的復(fù)制進(jìn)度。
寫(xiě)服務(wù) WriteSocketService 從消息文件中檢索該偏移量后的所有消息（傳輸批次數(shù)據(jù)大小限制），并將消息數(shù)據(jù)發(fā)送給 Slave。
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5、Slave 接收到數(shù)據(jù)，將消息數(shù)據(jù) append 到消息文件 commitlog 里 。
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首先 HAClient 類(lèi)中調(diào)用 dispatchReadRequest 方法 ， 解析出消息數(shù)據(jù) ；
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然后將消息數(shù)據(jù) append 到本地的消息存儲(chǔ)。
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四、 同步的實(shí)現(xiàn)
從數(shù)據(jù)復(fù)制流程圖，我們發(fā)覺(jué)數(shù)據(jù)復(fù)制本身就是一個(gè)異步執(zhí)行的，但是同步是如何實(shí)現(xiàn)的呢？
Master Broker 接收到寫(xiě)入消息的請(qǐng)求后 ，調(diào)用 Commitlog 的 aysncPutMessage 方法寫(xiě)入消息。
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這段代碼中，當(dāng) commitLog 執(zhí)行完 appendMessage 后， 需要執(zhí)行刷盤(pán)任務(wù)和同步復(fù)制兩個(gè)任務(wù)。
但這兩個(gè)任務(wù)并不是同步執(zhí)行，而是異步的方式，使用了 CompletableFuture 這個(gè)異步神器。
當(dāng) HAConnection 讀服務(wù)接收到 Slave 的進(jìn)度反饋，發(fā)現(xiàn)消息數(shù)據(jù)復(fù)制成功，則喚醒 future 。
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最后 Broker 組裝響應(yīng)命令 ，并將響應(yīng)命令返回給客戶(hù)端。
五、總結(jié)
RocketMQ 主從復(fù)制的實(shí)現(xiàn)思路非常簡(jiǎn)潔，Slave 啟動(dòng)一個(gè)線程，不斷從 Master 拉取 Commit Log 中的數(shù)據(jù)，然后在異步 build 出 Consume Queue 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
核心要點(diǎn)如下：
1、主從復(fù)制包含元數(shù)據(jù)復(fù)制和消息數(shù)據(jù)復(fù)制兩個(gè)部分；
2、元數(shù)據(jù)復(fù)制
Slave Broker 定時(shí)任務(wù)每隔 10 秒向 Master Broker 發(fā)送 RPC 請(qǐng)求，將元數(shù)據(jù)同步到緩存后，然后持久化到磁盤(pán)里；
3、消息數(shù)據(jù)復(fù)制
- Master 啟動(dòng)監(jiān)聽(tīng)指定端口
- Slave 啟動(dòng) HaClient 服務(wù)，和 Master 創(chuàng)建 TCP 鏈接
- Slave 向 Master 上報(bào)存儲(chǔ)進(jìn)度
- Master 接收進(jìn)度，消息文件中檢索該偏移量后的所有消息，并傳輸給 Slave
- Slave 接收到數(shù)據(jù)后，將消息數(shù)據(jù) append 到本地的消息存儲(chǔ)。
4、同步的實(shí)現(xiàn)
當(dāng) commitLog 執(zhí)行完 appendMessage 后， 需要執(zhí)行刷盤(pán)任務(wù)和同步復(fù)制兩個(gè)任務(wù)，這里用到了 CompletableFuture 這個(gè)異步神器。
當(dāng) HAConnection 讀服務(wù)接收到 Slave 的進(jìn)度反饋，發(fā)現(xiàn)消息數(shù)據(jù)復(fù)制成功，則喚醒 future 。最后 Broker 組裝響應(yīng)命令 ，并將響應(yīng)命令 返回給客戶(hù)端 。
