延迟消息的存储

消息队列接收到请求后，会将消息顺序写入Physic log文件，对于延迟消息，将消息按照将要投递的时间，以小时为单位异步分割存储，每个小时的消息顺序写入延迟物理文件delay log，并把索引存储在delay index文件，索引记录消息在delay log中的{offset，size，投递时间戳}元信息，基于有限内存以及延迟消息分发特性，我们仅将最近两个小时的delay log文件序列采用mmap内存映射机制进行读写，延迟2个小时以上的消息直接写入磁盘文件。

延迟消息存储.png

但消息分发时，每次需要将一个小时的的索引文件，全部加载到内存，由于每个小时的消息索引是顺序写入delay index的，而消息分发投递时间又是随机的，写入顺序与消息投递顺序并不一致，所以，索引加载到内存后，需要按照消息具体投递的秒级时间戳进行排序，再根据排序后的索引读取delay log中的消息进行分发投递。

这种存储方案有以下问题： 1.一次需要加载整个小时的消息索引到内存，若并发比较高，内存压力比较大。 2.按照消息投递秒级时间戳进行排序后，实时到来的新的消息，需要实时插入排序，性能较低，延迟大。

为了解决上述问题，我们将delay index中索引元信息{offset, size, 投递时间戳}改为{offset, size, localIndex, globalIndex, preGlobalIndex }，其中：

• globalIndex：该消息是投递时间为同一小时的索引ID（本小时第几条消息）

• localIndex：该消息是投递时间为同一秒的第几条消息；

• preGlobalIndex：是指该消息是投递时间为同一秒的上条�消息的索引ID（globalIndex）

通过globalIndex可以直接定位到delay index中的索引单元，从而确定delay log中的一条消息，而preGlobalIndex又可以定位到同一秒内的上一条消息，因此只要落地存储每个小时，每秒最后一条消息的索引ID，即可逆序查出每秒所有消息。一个小时内只有3600秒，只需要将3600个16字节的索引ID加载到内存，即可实现每秒消息的实时加载。

索引结构.png

为了降低消息分发延迟，可将最近10s的消息索引提前预加载到内存，对于实时接收到的消息，根据时间戳匹配到对应的秒，更新这一秒最新一条消息的索引globalIndex与逆向索引preGlobalIndex，不需要做排序，消息插入与读取的复杂度都为O(1)。

延迟消息的分发

多级时间轮

采用的由数组加链表实现的多级时间轮机制，分别是秒级和小时级，小时级时间轮前移一个槽，对应秒级时间轮旋转一圈，秒级时间轮上一共3600个槽，每个槽的时间跨度最大为1s，时间轮每秒前移一个槽。小时级实践论每个槽时间跨度是1小时，每小时移动一个槽，将后面两个小时的delay log开启内存映射，同时清除两个小时之前delay log文件内存映射。

延迟消息投递.png

时间轮的空转问题？

当我们只有一个2小时5分钟的消息发送时，秒级时间轮需要推动2圈后即小时级时间轮移动2个槽，剩5分钟的延迟，再降级到秒级时间轮。这叫造成了时间轮的空转。

如何解决？

一般会把每个使用到的槽都会放到DelayQueue中，然后根据DelayQueue来协助时间轮的推进，防止空推进的情况。例如，当有延迟500s的任务时，除了挂载到时间轮外，我们还会把其放到DelayQueue中，这样DelayQueue的头结点为延迟500s，如果期间没有小于500s的延迟任务再加进来时，我们只需要等待500s，时间轮推进一次即可。如果有小于500s的定时任务新加进来，我们只需要唤醒DelayQueue，重新计算等待时间即可。

即当有定时任务新增时，如果对应槽为新槽（即新增任务为该槽的第一个任务），在DelayQueue中增加延迟任务，并判断是否为头结点，是的话唤醒DelayQueue重新计算等待时间。

主从切换状态恢复

当master发生漂移或者网络异常时，时间轮分发控制需要从原master节点切换到新的master节点。为了保证分发状态的连续性与一致性，master节点定时每隔50ms分别将两个时间轮上分发的tick信息同步到其它slave节点。通过tick可确定具体分发到第几秒，但不能确定分发到这一秒的第几条消息，为此二级时间轮增加同步了一个参数localIndex，记录当前秒分发到第几条消息，并且每个节点都会定时将分发状态持久化。

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每当master发生切换时，原master节点切换为slave，会立即停止当前时间轮的分发任务，并清空分发状态；而新的master节点根据当前已同步过来的分发状态初始化两级时间轮，但master切换会有一定的延迟周期或者极端情况下不同节点间时钟存在偏差，新的master初始完时间轮的tick后，该tick对应的秒级时间戳有可能与节点实际时间不一致，启动分发任务前需要做特殊调整，若tick时间戳小于当前时间，则分发任务sleep等待直至时间对齐，若tick时间戳大于当前时间，说明存在已到期的消息未分发，此时连续推进tick迁移，并对到期消息直接异步投递，直到tick对应时间戳小于当前时间。

正常master切换分为两种情况，一种为主动释放master，如节点重启与master负载均衡过程，这种情况节点在drop master之前，会首先同步时间轮分发状态到其它slave节点，此时master切换时间轮分发时完全连续一致的；另一种是一些异常情况下master被动漂移，此时新的master节点上时间轮分发状态可能存在最大50ms的延迟，会出现部分消息重复分发现象。把时间轮分发状态信息封装到到期投递消息协议扩展字段中，paxos请求同步消息时携带时间轮状态，即可做到实时同步。

消息过滤

众所周知，RocketMQ是支持消息过滤的，即发送消息时，可以给消息设置一个TAG。订阅主题的时候，可以设置只消费携带某些TAG的消息，起到消息过滤的作用。

客户端拉取消息时，在服务端得到tag的hash集合codeSet，然后从ConsumerQueue获取一条记录，判断记录的hashCode是否在codeSet中，以达到消息过滤的目的，决定是否将该消息发送给consumer。

因为Hash存在冲突，过滤不完全准确，所以，客户端收到消息后，会进行再次精准过滤。

consumerQueue

还有一种过滤方式，把TAG通过哈希转换为long，索引中保存所有TAG的哈希值按位或的结果。当拉取消息时，通过订阅设置的TAG哈希值与索引中的哈希值进行按位与操作，如果结果等于订阅设置的TAG哈希值，说明该索引对应的消息可能符合条件，二次精准过滤依旧在客户端来做；否则，一定不符合条件，直接过滤掉。