Zookeeper事务日志预分配空间解析

前言：

Zookeeper的通过快照日志和事务日志将内存信息保存下来，记录下来每次请求的具体信息。

尤其是其事务日志，每次处理事务请求时都需要将其记录下来。

Zookeeper事务日志的默认存储方式是磁盘文件，那么Zookeeper的总体性能就受限与磁盘文件的写入速度。

针对这个瓶颈，Zookeeper做了什么优化操作呢，本文我们就一起来了解下。

1.事务日志的预分配

事务日志的添加，我们需要从FileTxnLog.append()方法看起

public class FileTxnLog implements TxnLog {
    volatile BufferedOutputStream logStream = null;
    volatile OutputArchive oa;
    volatile FileOutputStream fos = null;
    
    // 追加事务日志
    public synchronized boolean append(TxnHeader hdr, Record txn)
        throws IOException
    {
        if (hdr == null) {
            return false;
        }
 
        if (hdr.getZxid() <= lastZxidSeen) {
            LOG.warn("Current zxid " + hdr.getZxid()
                    + " is <= " + lastZxidSeen + " for "
                    + hdr.getType());
        } else {
            lastZxidSeen = hdr.getZxid();
        }
 
        // 默认logStream为空
        if (logStream==null) {
           if(LOG.isInfoEnabled()){
                LOG.info("Creating new log file: " + Util.makeLogName(hdr.getZxid()));
           }
 
            // 以下代码为创建事务日志文件
            // 根据当前事务ID来创建具体文件名，并写入文件头信息
           logFileWrite = new File(logDir, Util.makeLogName(hdr.getZxid()));
           fos = new FileOutputStream(logFileWrite);
           logStream=new BufferedOutputStream(fos);
           oa = BinaryOutputArchive.getArchive(logStream);
           FileHeader fhdr = new FileHeader(TXNLOG_MAGIC,VERSION, dbId);
           fhdr.serialize(oa, "fileheader");
           // Make sure that the magic number is written before padding.
           logStream.flush();
           filePadding.setCurrentSize(fos.getChannel().position());
           streamsToFlush.add(fos);
        }
        // 预分配代码在这里
        filePadding.padFile(fos.getChannel());
        byte[] buf = Util.marshallTxnEntry(hdr, txn);
        if (buf == null || buf.length == 0) {
            throw new IOException("Faulty serialization for header " +
                    "and txn");
        }
        Checksum crc = makeChecksumAlgorithm();
        crc.update(buf, 0, buf.length);
        oa.writeLong(crc.getValue(), "txnEntryCRC");
        Util.writeTxnBytes(oa, buf);
 
        return true;
    }
}

创建FileTxnLog对象时，其logStream属性为null，所以当第一次处理事务请求时，会先根据当前事务ID来创建一个文件。

1.1 事务日志预分配

public class FilePadding {
    long padFile(FileChannel fileChannel) throws IOException {
        // 针对新文件而言，newFileSize=64M
        long newFileSize = calculateFileSizeWithPadding(fileChannel.position(), currentSize, preAllocSize);
        if (currentSize != newFileSize) {
            // 将文件扩充到64M，全部用0来填充
            fileChannel.write((ByteBuffer) fill.position(0), newFileSize - fill.remaining());
            currentSize = newFileSize;
        }
        return currentSize;
    }
    
    // size计算
    public static long calculateFileSizeWithPadding(long position, long fileSize, long preAllocSize) {
        // If preAllocSize is positive and we are within 4KB of the known end of the file calculate a new file size
        // 初始时候position=0，fileSize为0，preAllocSize为系统参数执行，默认为64M
        if (preAllocSize > 0 && position + 4096 >= fileSize) {
            // If we have written more than we have previously preallocated we need to make sure the new
            // file size is larger than what we already have
            // Q:这里确实没看懂...
            if (position > fileSize) {
                fileSize = position + preAllocSize;
                fileSize -= fileSize % preAllocSize;
            } else {
                fileSize += preAllocSize;
            }
        }
 
        return fileSize;
    }
}

预分配的过程比较简单，就是看下当前文件的剩余空间是否<4096，如果是，则扩容。

Q：

这里有一个不太明白的问题，position > fileSize的场景是怎样的呢？

2.创建新的事务日志文件时机

通过上述代码分析我们知道，当logStream=null时，就会创建一个新的事务日志文件，那么logStream对象什么时候为空呢？

搜索代码，只看到FileTxnLog.rollLog()方法会主动将logStream设置为null

public class FileTxnLog implements TxnLog {
    public synchronized void rollLog() throws IOException {
        if (logStream != null) {
            this.logStream.flush();
            this.logStream = null;
            oa = null;
        }
    }
}

那么根据这个线索，我们来搜索下rollLog的调用链

SyncRequestProcessor.run() -> ZKDatabase.rollLog() -> FileTxnSnapLog.rollLog() -> FileTxnLog.rollLog()

最终看到是在SyncRequestProcessor.run()方法中发起调用的，而且只有这一条调用链，我们来分析下

2.1 SyncRequestProcessor.run()

public class SyncRequestProcessor extends ZooKeeperCriticalThread implements RequestProcessor {
	public void run() {
        try {
            int logCount = 0;
 
            setRandRoll(r.nextInt(snapCount/2));
            while (true) {
                ...
                if (si != null) {
                    // 追加事务日志
                    if (zks.getZKDatabase().append(si)) {
                        logCount++;
                        if (logCount > (snapCount / 2 + randRoll)) {
                            setRandRoll(r.nextInt(snapCount/2));
                            // 注意：在这里发起了rollLog
                            zks.getZKDatabase().rollLog();
                            ...
                        }
                    } else if (toFlush.isEmpty()) {
                        ...
                    }
                    toFlush.add(si);
                    if (toFlush.size() > 1000) {
                        flush(toFlush);
                    }
                }
            }
        } catch (Throwable t) {
            handleException(this.getName(), t);
            running = false;
        }
        LOG.info("SyncRequestProcessor exited!");
    }
}

需要注意下rollLog()方法执行的条件，就是logCount > (snapCount / 2 + randRoll)

snapCount是一个系统参数，System.getProperty("zookeeper.snapCount")，默认值为100000

randRoll是一个随机值

那么该条件触发的时机为：处理的事务请求数至少要大于50000。

这时就出现了一个笔者无法理解的情况：

通过对事务日志的观察可以看到其都是64M，而至少处理50000次事务请求后，Zookeeper才会分配一个新的事务日志文件，那么这个snapCount是一个经验值嘛？

如果事务请求的value信息都很大，那么可能到不了50000次，就会超过64M，理论上应该要创建一个新的文件了，但是貌似并没有，这个该怎么处理呢？

如果事务请求value信息都很小，那么即使到了50000次，也不会超过64M，那么之前预分配的文件大小就浪费了一部分。

总结：

希望有比较懂的小伙伴给点意见，感谢！