聊聊RocketMQ的主从复制

1 同步与异步

在 RocketMQ 的集群模式中，Broker 分为 Master 与 Slave，一个 Master 可以对应多个 Slave，但是一个 Slave 只能对应一个 Master。

每个 Broker 与 Name Server 集群中的所有节点建立长连接，定时注册 Topic 信息到所有 Name Server。

Master 节点负责接收客户端的写入请求，并将消息持久化到磁盘上。而 Slave 节点则负责从 Master 节点复制消息数据，并保持与 Master 节点的同步。

1、同步复制

每个 Master 配置一个 Slave ，有多对 Master-Slave ，HA 采用同步双写方式，即只有主备都写成功，才向应用返回成功。

这种模式的优缺点如下：

优点：数据与服务都无单点故障，Master宕机情况下，消息无延迟，服务可用性与数据可用性都非常高；

缺点：性能比异步复制模式略低（大约低10%左右），发送单个消息的 RT 会略高，且目前版本在主节点宕机后，备机不能自动切换为主机。

2、异步复制

每个 Master 配置一个 Slave ，有多对 Master-Slave ，HA 采用异步复制方式，主备有短暂消息延迟（毫秒级），这种模式的优缺点如下：

优点：即使磁盘损坏，消息丢失的非常少，且消息实时性不会受影响，同时Master宕机后，消费者仍然可以从Slave消费，而且此过程对应用透明，不需要人工干预，性能同多 Master 模式几乎一样；

缺点：Master 宕机，磁盘损坏情况下会丢失少量消息 。

复制流程分为两个部分：元数据复制和消息数据复制。

主从服务器同步主题，消费者进度，延迟消费进度，消费者配置数据

主从服务器同步消息数据

2 元数据复制

Slave Broker 定时任务每隔 10 秒会同步元数据，包括主题，消费进度，延迟消费进度，消费者配置。

同步主题时, Slave Broker 向 Master Broker 发送 RPC 请求，返回数据后，首先加入本地缓存里，然后持久化到本地。

3 消息数据复制

下图是 Master 和 Slave 消息数据同步的流程图。

1、Master 启动后监听指定端口；

Master 启动后创建 AcceptSocketService 服务  ,  用来创建客户端到服务端的 TCP 链接。

RocketMQ 抽象了链接对象 HAConnection , HAConnection 会启动两个线程，分别用于读服务和写服务：

读服务：处理 Slave 发送的请求

写服务：用于向 Slave 传输数据

2、Slave 启动后，尝试连接 Master ，建立 TCP 连接；

HAClient 是客户端 Slave 的核心类 ，负责和 Master 创建连接和数据交互。

客户端在启动后，首先尝试连接 Master , 查询当前消息存储中最大的物理偏移量 ，并存储在变量 currentReportedOffset 里。

3、Slave 向 Master 汇报拉取消息偏移量；

上报进度的数据格式是一个 Long 类型的 Offset ,  8个字节 ,  非常简洁 。

发送到 Socket 缓冲区后 ,  修改最后一次的写时间 lastWriteTimestamp 。

4、Master 解析请求偏移量，从消息文件中检索该偏移量后的所有消息；

当 Slave 上报数据到 Master 时，触发 SelectionKey.OP_READ 事件，Master 将请求交由 ReadSocketService 服务处理：

当 Slave Broker 传递了自身 commitlog 的 maxPhyOffset 时，Master 会马上中断 selector.select(1000) ，执行 processReadEvent 方法。

processReadEvent 方法的核心逻辑是设置 Slave 的当前进度 offset ，然后通知复制线程当前的复制进度。

写服务 WriteSocketService 从消息文件中检索该偏移量后的所有消息（传输批次数据大小限制），并将消息数据发送给 Slave。

5、Slave 接收到数据，将消息数据 append 到消息文件 commitlog 里 。

首先 HAClient 类中调用 dispatchReadRequest 方法 ， 解析出消息数据 ；

然后将消息数据 append 到本地的消息存储。

4 同步的实现

从数据复制流程图，我们发觉数据复制本身就是一个异步执行的，但是同步是如何实现的呢？

Master Broker 接收到写入消息的请求后 ，调用 Commitlog 的 aysncPutMessage 方法写入消息。

这段代码中，当 commitLog 执行完 appendMessage 后， 需要执行刷盘任务和同步复制两个任务。

但这两个任务并不是同步执行，而是异步的方式，使用了 CompletableFuture 这个异步神器。

当 HAConnection 读服务接收到 Slave 的进度反馈，发现消息数据复制成功，则唤醒 future 。

最后 Broker 组装响应命令 ，并将响应命令返回给客户端。

5 总结

RocketMQ 主从复制的实现思路非常简洁，Slave 启动一个线程，不断从 Master 拉取 Commit Log 中的数据，然后在异步 build 出 Consume Queue 数据结构。

核心要点如下：

1、主从复制包含元数据复制和消息数据复制两个部分；

2、元数据复制

Slave Broker 定时任务每隔 10 秒向 Master Broker 发送 RPC 请求，将元数据同步到缓存后，然后持久化到磁盘里；

3、消息数据复制

Master 启动监听指定端口

Slave  启动 HaClient 服务，和 Master 创建 TCP 链接

Slave 向 Master 上报存储进度

Master 接收进度，消息文件中检索该偏移量后的所有消息，并传输给 Slave

Slave 接收到数据后，将消息数据 append 到本地的消息存储。

4、同步的实现

当 commitLog 执行完 appendMessage 后， 需要执行刷盘任务和同步复制两个任务，这里用到了 CompletableFuture 这个异步神器。 

当 HAConnection 读服务接收到 Slave 的进度反馈，发现消息数据复制成功，则唤醒 future 。最后 Broker 组装响应命令 ，并将响应命令返回给客户端 。

审核编辑：刘清