云原生中间件RocketMQ-核心原理之高可用机制

高可用机制解析

RocketMQ分布式集群是通过Master和Slave的配合达到高可用性的。
Master和Slave的区别：

• 在Broker的配置文件中，参数brokerId的值为0表明这个Broker是Master，大于0表明这个Broker是Slave，brokerRole参数也说明这个Broker是Master还是Slave。(SYNC_MASTER/ASYNC_MASTER/SALVE)
• Master角色的Broker支持读和写，Slave角色的Broker仅支持读。
• Consumer可以连接Master角色的Broker，也可以连接Slave角色的Broker来读取消息。
  

消息消费高可用

在Consumer的配置文件中，并不需要设置是从Master读还是从Slave 读，当Master不可用或者繁忙的时候，Consumer会被自动切换到从Slave 读。
有了自动切换Consumer这种机制，当一个Master角色的机器出现故障后，Consumer仍然可以从Slave读取消息，不影响Consumer程序。这就达到了消费端的高可用性

消息发送高可用

如何达到发送端的高可用性呢？
在创建Topic的时候，把Topic的多个Message Queue创建在多个Broker组上（相同Broker名称，不同brokerId的机器组成一个Broker组），这样既可以在性能方面具有扩展性，也可以降低主节点故障对整体上带来的影响，而且当一个Broker组的Master不可用后，其他组的Master仍然可用，Producer仍然可以发送消息的。
RocketMQ目前还不支持把Slave自动转成Master，如果机器资源不足，需要把Slave转成Master。可以按照如下步骤操作：

1. 手动停止Slave角色的Broker。
2. 更改配置文件。
3. 用新的配置文件启动Broker

NameServer协调者解析

NameServer基本概念和功能

对于一个消息队列集群来说，系统由很多机器组成，每个机器的角色、IP地址都不相同，而且这些信息是变动的（如在某些情况下，会有新的Producer或Consumer加入）。
NameServer的存在主要是为了解决这类问题，由NameServer维护这些配置信息、状态信息，其他角色都通过NameServer来协同执行。
NameServer是整个消息队列中的状态服务器，集群的各个组件通过它来了解全局的信息。各个角色的机器要定时向NameServer上报自己的状态，如果超时未上报，NameServer会认为某个机器出故障不可用了，其他的组件会把这个机器从可用列表中删除。
NameServer可以部署多个，相互之间独立，其他角色同时向多个NameServer上报状态信息，从而达到热备份的目的。NameServer本身是无状态的，也就是说NameServer中的Broker、Topic等信息都不会持久化，都是由各个角色定时上报并存储到内存中的（NameServer支持参数的持久化，一般用不到）。

集群状态的存储结构

在nameserver模块下的RouteInfoManager可以看到有五个HashMap变量保存了集群的信息。

    /**
     * 存储所有Topic与Broker关联的属性信息
     */
    private final HashMap<String/* topic */, Map<String /* brokerName */ , QueueData>> topicQueueTable;
    /**
     *  存储BrokerName对应的属性信息
     */
    private final HashMap<String/* brokerName */, BrokerData> brokerAddrTable;
    /**
     * 存储集群的信息
     */
    private final HashMap<String/* clusterName */, Set<String/* brokerName */>> clusterAddrTable;
    /**
     * 存储Broker机器的实时状态
     */
    private final HashMap<String/* brokerAddr */, BrokerLiveInfo> brokerLiveTable;
    /**
     * 存储过滤服务器信息
     */
    private final HashMap<String/* brokerAddr */, List<String>/* Filter Server */> filterServerTable;
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topicQueueTable

HashMap<String/* topic */, Map<String /* brokerName */ , QueueData>> topicQueueTable;
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key：Topic的名称。
value：value是个一个Map集合，集合中存的brokerName与QueueData（队列数据）的关联信息。QueueData存储着Broker的名称，读写Queue的数量、同步标识等。

brokerAddrTable

HashMap<String/* brokerName */, BrokerData> brokerAddrTable;
1

key：brokerName
value：BrokerData里面存了broker相关数据信息。

clusterAddrTable

HashMap<String/* clusterName */, Set<String/* brokerName */>> clusterAddrTable;
1

key：cluster（集群）的名称
value：Broker Name组成的集合。
即一个cluster名称对应的一个BrokerName的集合。

brokerLiveTable

HashMap<String/* brokerAddr */, BrokerLiveInfo> brokerLiveTable;
1

key：Broker的地址，brokerAddr 对应着一台机器。
value：BrokerLiveInfo存储的内容是这台 Broker 机器的实时状态，包括上次更新状态的时间戳，NameServer 会定期检查这个时间戳，超时没有更新就认为这个 Broker 无效了，将其从 Broker 列表里清除。

filterServerTable

HashMap<String/* brokerAddr */, List<String>/* Filter Server */> filterServerTable;
1

key：BrokerAddr
value：FilterServer的地址列表。
Filter Server是过滤服务器，是RocketMQ的一种服务端过滤方式。一个Broker可以有一个或多个Filter Server。

总结：NameServer 通过 brokerLiveInfo 来维护存活的 Broker。Producer 会获取上面的路由信息，发送消息的时候指定发送到哪个 Topic，根据 Topic 可以从 topicQueueTable 选择一个 Broker，根据 BrokerName 可以从 BrokerAddrTable 获取到Broker IP 地址。有了地址 Producer 就可以将消息通过网络传递给 Broker。

为什么不直接用Zookeeper而是定义NameServer

Zookeeper为分布式应用程序提供协调服务，Zookeeper的功能很强大，包括自动Master选举，RocketMQ的设计决定了它不需要进行Master选举，用不到这些复杂的功能，只需要一个轻量级的元数据服务器就足够了。
中间件对稳定性要求很高，RocketMQ的NameServer只有很少的代码，容易维护，所以不需要再依赖另一个中间件，从而减少整体维护成本。

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