MQ系列4：NameServer 原理解析
MQ系列1：消息中间件执行原理
MQ系列2：消息中间件的技术选型
MQ系列3：RocketMQ 架构分析
1 关于NameServer
上一节的 MQ系列3：RocketMQ 架构分析，我们大致介绍了 RocketMQ的基本组件构成，包括 NameServer、Broker、Producer以及Consumer四部分。
NameServer，指的是服务可以根据给定的名字来进行资源或对象的地址定位，并获取有关的属性信息。在Rocket中也一样，NameServer是 RocketMQ 的服务注册中心（类似于 Kafka 集群 后面的 Zookeeper 集群一样， 对集群元数据进行管理），根据元数据（ip、port和router信息）来唯一定位服务。RocketMQ 需要先启动 NameServer ，再启动 Rocket 中的 Broker。
2 NameServer运行流程
2.1 注册
注册发生在Broker启动之后，启动后快速与NameServer建立长连接，并每30s对NameService发送一次心跳包，Broker会将自己的IP Address、Port、Router 等信息随着心跳一并注册到 NameServer中。
这里的RouterInfo 主要指Broker下包含哪些Topic信息，这种映射关系方便后面消息的生产和消费的时候进行寻址。
注册使用到的核心数据结构如下：
HashMap<String BrokerName, BrokerData> brokerAddrTable
- HashMap 的 Key 是 Broker 的名称，存储了一个Broker服务所对应的属性信息。
- Value 是个对象，数据结构如下：
| 字段 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| cluster | String | 所属的集群名称 |
| broker | String | broker的名称 |
| brokerAddress | HashMap | Broker的IP地址列表，包含一个Master IP地址列表 和 多个Slave IP地址列表 |
" Broker-A":{
"cluster":"Broker-Cluster",
"brokerName":"Broker-A",
"cluster":{ // 1主2从
"0":"192.168.0.1:1234",
"1":"192.168.0.2:1234"，
"2":"192.168.0.3:1234"
}
}
2.2 注册信息更新
当你对你的Broker中的Topic信息进行更新了（增、删、改）怎么办，你才需要重新将信息注册到NameServer中。
- 如果你创建了新的 Topic，Broker会向 NameServer 发送注册信息，接收到信息后会对每个Master 角色的Broker ，创建一个新的QueueData对象。
- 如果你修改了Topic，则NameServer 会先把旧的 QueueData 删除，在加一个新的 QueueData。
- 如果你删除了Topic，则NameServer 会将对应的 QueueData 删除。
使用到的核心数据结构如下：
HashMap<String topic, List<QueueData>> topicQueueTable
- HashMap 的 Key 是 Topic 的名称，里面存储了Topic的所有属性信息。
- Value 是个列表，列表的数据类型是 QueueData，列表的length就是Topic中的 Master角色的 Broker 个数。
- QueueData的结构如下
| 字段 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| brokerName | String | broker名称 |
| readQueueNums | Long | 读Queue的数量 |
| writeQueueNums | Long | 写Queue的数量 |
| perm | Integer | 权限 PRIORITY = 3， READ = 2， WRITE = 1 ， INHERIT = 0 |
| topicSyncFlag | Long | 同步的位置标识 |
{
"topic-test":[ // topic名称，注意下面会用到
{
"brokerName":"Broker-A",
"readQueueNums":37,
"writeQueueNums":37,
"perm":6, // 读写权限
"topicSynFlag":12
},
{
"brokerName":"Broker-B",
"readQueueNums":37,
"writeQueueNums":37,
"perm":6, // 读写权限
"topicSynFlag":12
}
]
}
参考RocketMQ源码如下，这边加了注释，方便理解：
/**
* 创建或者更新 MessageQueue 的数据
* @param brokerName
* @param topicConfig
*/
private void createAndUpdateQueueData(final String brokerName, final TopicConfig topicConfig) {
QueueData queueData = new QueueData();
queueData.setBrokerName(brokerName); // broker 名称
queueData.setWriteQueueNums(topicConfig.getWriteQueueNums()); // 读Queue的数量
queueData.setReadQueueNums(topicConfig.getReadQueueNums()); // 写Queue的数量
queueData.setPerm(topicConfig.getPerm()); // 权限： PRIORITY = 3， READ = 2， WRITE = 1 ， INHERIT = 0
queueData.setTopicSynFlag(topicConfig.getTopicSysFlag());
List<QueueData> queueDataList = this.topicQueueTable.get(topicConfig.getTopicName());
if (null == queueDataList) { // 新增
queueDataList = new LinkedList<QueueData>();
queueDataList.add(queueData);
this.topicQueueTable.put(topicConfig.getTopicName(), queueDataList);
log.info("new topic registerd, {} {}", topicConfig.getTopicName(), queueData);
} else { // 更新
boolean addNewOne = true;
Iterator<QueueData> it = queueDataList.iterator();
while (it.hasNext()) {
QueueData qd = it.next();
if (qd.getBrokerName().equals(brokerName)) {
if (qd.equals(queueData)) {
addNewOne = false;
} else {
log.info("topic changed, {} OLD: {} NEW: {}", topicConfig.getTopicName(), qd,
queueData);
it.remove(); // 先删除
}
}
}
if (addNewOne) {
queueDataList.add(queueData); // 再添加
}
}
}
2.3 异常清理
如果Broker挂掉，那么再被消息的生产者和消费者使用就会有问题了。这时候需要对已经宕掉的Broker进行清理，确保NamServer中注册的Broker服务信息都是Alive的。它的做法是这样的：
- 前面我们说了，Broker每30s对NameService发送一次心跳包给NameServer
- NameServer接收到心跳包的时候，会将当前时间戳更新到
brokerLiveTable表的lastUpdateTimestamp字段中。 - NameServer中会启动一个定时任务
- 每10s（记住这边扫描是10s间隔，与上面心跳包区分开）扫描 一下
brokerLiveTable表 - 检查
lastUpdateTimestamp字段，如果时间戳与当前时间相隔超过 120s（即两分钟），则认为 Broker 已经宕了，并会将broker清除出NameServer的注册表。
使用到的核心数据结构如下：
HashMap<String BrokerAddr, BrokerLiveInfo> brokerLiveTable
- HashMap 的 Key 是 Broker服务器的地址信息（IP+Port），里面存储了该Broker服务器的基本信息。
- Value 是个对象，结构如下：
| 字段 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| lastUpdateTimestamp | Long | 最后一次收到心跳包的时间戳 |
| dataVersion | DataVersion | 数据版本号对象 |
| channel | Channel | netty的Channel，IO数据交互媒介 |
| haServerAddr | String | master地址，初次请求的时候值为空，slave向NameServer注册之后返回 |
2.4 消息生产和消费
上面的步骤都完成之后，NameServer这个 "中央大脑" 正式开始投入使用。这时候 ，消息的生产和消费具体是怎么做的呢？
- Producer 或者 Consumer 启动之后会和 NameServer 建立长连接
- 定时（默认为每30s）从 NameServer 获取Routers信息，并将路由信息保存至Producer或者Consumer的本地。
- Producer发送一条消息
hello-brand到 topic （topic-test） 中 - 因为名称为
topic-test的 topic 存在于多个 broker中，所以需要如下几个步骤，才能找到具体的地址：- 先 根据 topic 名称
topic-test查询topicQueueTable, 选择一个并获取它的broker信息（包含brokerName） - 再根据已经获取到的brokerName 查询
brokerAddressTable获取具体的Broker IP地址（一般包含1个Master和n个Slave的IP地址） - 拿到IP地址之后，生产者与broker建立连接，并发送消息
- 消费者同理
- 先 根据 topic 名称
3 总结
上述的流程图比较清晰的描述如下运转流程：
- NameServer 作为整个 RocketMQ 的“中央大脑” ，负责对集群元数据进行管理，所以 RocketMQ 需要先启动 NameServer 再启动 Rocket 中的 Broker。
- Broker 启动后，与 NameServer 保持长连接，每 30s 发送一次发送心跳包，来确保Broker是否存活。并将 Broker 信息 ( IP+、端口等信息）以及Broker中存储的Topic信息上报。注册成功后，NameServer 集群中就有 Topic 跟 Broker 的映射关系。
- NameServer有个定时任务，每10s扫描下
brokerLiveTable表 , 如果检测到某个Broker 宕机（因为使用心跳机制， 如果检测超120s（两分钟）无上报心跳），则从路由注册表中将其移除。 - 生产者在发送某个主题的消息之前先从 NamerServer 获取 Broker 服务器地址列表（通过topic名称查询
topicQueueTable获得broker名称，通过broker名称查询brokerAddressTable获取具体的Broker IP地址），然后根据负载均衡算法从列表中选择1台Broker ，建立连接通道，进行消息发送。 - 消费者在订阅某个topic的消息之前从 NamerServer 获取 Broker 服务器地址列表（同上），包括关联的全部Topic队列信息。进而获取当前订阅 Topic 存在哪些 Broker 上，然后直接跟 Broker 建立连接通道，开始消费数据。
- 生产者和消费者默认每30s 从 NamerServer 获取 Broker 服务器地址列表，以及关联的所有Topic队列信息，更新到Client本地。
