原创 rocketmq核心源码分析第十一篇一消息处理第五部分一broker端获取添加消息的mappedFile

原创 rocketmq核心源码分析第十一篇一消息处理第五部分一broker端获取添加消息的mappedFile,第1张

原创 rocketmq核心源码分析第十一篇一消息处理第五部分一broker端获取添加消息的mappedFile

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获取映射文件原理图源码分析一创建新文件源码分析一getLastMappedFile源码分析一putRequestAndReturnMappedFile源码分析一AllocateMappedFileService.run源码分析一mmapOperation

源码分析一warmMappedFilemlock 总结

获取映射文件原理图

当前文件已经写满或者空间小于当前消息长度,则需要新建commitlog[1G]需要通过allocateMappedFileService创建文件每次构建两个请求[创建两个commitlog文件]加入任务池追加消息线程通过任务池的request阻塞[线程闭锁工具]allocateMappedFileService从任务池异步按顺序获取任务创建文件完成假值填充预热[磁盘载入内存]完成内存锁定[防止内存交换导致缺页]完成文件创建,线程闭锁工具CountDownLatch().countDown()唤醒追加消息线程

问题答疑什么会创建两个文件? (nextFilePath和nextNextFilePath)因为默认以一个commitlog文件大小1G,创建两个后,再次获取文件无需完成内存映射等过程,提高添加消息性能为什么需要写入假值零?创建的内存映射文件实际还在硬盘上,需要给内存映射文件填充假值,从而实现 *** 作系统底层的缺页处理,完成mmap从而实现内存映射为什么需要mlock *** 作系统底层存在内存置换,当其他进程所需内存不足时,可能存在swap交换当前内存到硬盘,mlock锁住当前内存,不允许 *** 作系统置换,提高append消息性能 源码分析一创建新文件

commitlog.asyncPutMessage消息追加缓冲区作为创建文件入口

step-1: 缓冲区写满step-2: 追加消息到commitlog的文件对应内存step-3: 当前文件不足则新建文件后添加消息到缓冲区

public CompletableFuture asyncPutMessage(final MessageExtBrokerInner msg) {
    
    step-1: 缓冲区写满
    if (null == mappedFile || mappedFile.isFull()) {
        // 获取一个新的mappedFile
        mappedFile = this.mappedFileQueue.getLastMappedFile(0); // Mark: NewFile may be cause noise
    }
    
    追加消息到commitlog的文件对应内存
    result = mappedFile.appendMessage(msg, this.appendMessageCallback);
    switch (result.getStatus()) {
        case PUT_OK:
            step-2: 消息正常写入缓冲区
            break;
        case END_OF_FILE:
            step-3: 当前文件不足则新建文件
            mappedFile = this.mappedFileQueue.getLastMappedFile(0);
            ...... 删除其他代码
            消息刷到内存
            result = mappedFile.appendMessage(msg, this.appendMessageCallback);
            break;
        ...... 删除其他代码
        default:
            beginTimeInLock = 0;
            return CompletableFuture.completedFuture(new PutMessageResult(PutMessageStatus.UNKNOWN_ERROR, result));
    }
}
源码分析一getLastMappedFile

step-1: 异步创建:构建两个文件名称step-2: commitlog创建方式,commitlog大小1g,一次异步创建2个step-3: 同步创建 consumequeue和index创建方式,直接创建一个mmapedFile

public MappedFile getLastMappedFile(final long startOffset, boolean needCreate) {
    ...... 删除其他代码
    if (createOffset != -1 && needCreate) {
        step-1: 异步创建:构建两个文件名称
        第一个文件创建完毕唤醒appendmessage线程
        第二个文件异步创建用于提高下次获取文件的效率
        String nextFilePath = this.storePath + File.separator + UtilAll.offset2FileName(createOffset);
        String nextNextFilePath = this.storePath + File.separator
            + UtilAll.offset2FileName(createOffset + this.mappedFileSize);
        MappedFile mappedFile = null;

        if (this.allocateMappedFileService != null) { 
            commitlog创建方式,commitlog大小1g,一次异步创建2个
            mappedFile = this.allocateMappedFileService.putRequestAndReturnMappedFile(nextFilePath,
                nextNextFilePath, this.mappedFileSize);
        } else {
            consumequeue和index创建方式
            try {
                mappedFile = new MappedFile(nextFilePath, this.mappedFileSize);
            } catch (IOException e) {
                log.error("create mappedFile exception", e);
            }
        }
        ...... 删除其他代码
        return mappedFile;
    }  
}
源码分析一putRequestAndReturnMappedFile

step-1: 添加两个请求到任务处理池requestTable 处理线程阻塞等待唤醒step-2: 添加两个请求添加到任务处理池requestQueue[commitlog文件名进行排序 文件名小的先创建 文件名按照offset进行命名]step-3: 主线程等待nextFilePath创建完毕 nextNextFilePath无需等待

public MappedFile putRequestAndReturnMappedFile(String nextFilePath, String nextNextFilePath, int fileSize) {
    默认可以处理两个映射文件创建请求
    int canSubmitRequests = 2;
    重新计算最多可以提交几个文件创建请求,(一般两个)
    if (this.messageStore.getMessageStoreConfig().isTransientStorePoolEnable()) {
        if (this.messageStore.getMessageStoreConfig().isFastFailIfNoBufferInStorePool()
            && BrokerRole.SLAVE != this.messageStore.getMessageStoreConfig().getBrokerRole()) { //if broker is slave, don't fast fail even no buffer in pool
            canSubmitRequests = this.messageStore.getTransientStorePool().availableBufferNums() - this.requestQueue.size();
        }
    }
    添加到任务处理池requestTable 处理线程阻塞等待唤醒
    AllocateRequest nextReq = new AllocateRequest(nextFilePath, fileSize);
    boolean nextPutOK = this.requestTable.putIfAbsent(nextFilePath, nextReq) == null;
    if (nextPutOK) {
        if (canSubmitRequests <= 0) {
            log.warn("[NOTIFYME]TransientStorePool is not enough, so create mapped file error, " +
                "RequestQueueSize : {}, StorePoolSize: {}", this.requestQueue.size(), this.messageStore.getTransientStorePool().availableBufferNums());
            this.requestTable.remove(nextFilePath);
            return null;
        }
        添加到任务处理池requestQueue[commitlog文件名进行排序 文件名小的先创建 文件名按照offset进行命名]
        boolean offerOK = this.requestQueue.offer(nextReq);
        if (!offerOK) {
            log.warn("never expected here, add a request to preallocate queue failed");
        }
        canSubmitRequests--;
    }

    处理nextNextReq到requestTable和requestQueue
    AllocateRequest nextNextReq = new AllocateRequest(nextNextFilePath, fileSize);
    boolean nextNextPutOK = this.requestTable.putIfAbsent(nextNextFilePath, nextNextReq) == null;
    if (nextNextPutOK) {
        if (canSubmitRequests <= 0) {
            log.warn("[NOTIFYME]TransientStorePool is not enough, so skip preallocate mapped file, " +
                "RequestQueueSize : {}, StorePoolSize: {}", this.requestQueue.size(), this.messageStore.getTransientStorePool().availableBufferNums());
            this.requestTable.remove(nextNextFilePath);
        } else {
            boolean offerOK = this.requestQueue.offer(nextNextReq);
            if (!offerOK) {
                log.warn("never expected here, add a request to preallocate queue failed");
            }
        }
    }

    if (hasException) {
        log.warn(this.getServiceName() + " service has exception. so return null");
        return null;
    }
    主线程等待nextFilePath创建完毕
    AllocateRequest result = this.requestTable.get(nextFilePath);
    try {
        if (result != null) {
            通过CountDownLatch完成线程间信息通信
            boolean waitOK = result.getCountDownLatch().await(waitTimeOut, TimeUnit.MILLISECONDS);
            if (!waitOK) {
                log.warn("create mmap timeout " + result.getFilePath() + " " + result.getFileSize());
                return null;
            } else {
                this.requestTable.remove(nextFilePath);
                return result.getMappedFile();
            }
        } else {
            log.error("find preallocate mmap failed, this never happen");
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        log.warn(this.getServiceName() + " service has exception. ", e);
    }

    return null;
}
源码分析一AllocateMappedFileService.run

DefaultMessageStore构造函数会启动AllocateMappedFileService线程自旋获取请求,不存在阻塞,否则创建文件

public void run() {
    log.info(this.getServiceName() + " service started");
    while (!this.isStopped() && this.mmapOperation()) {
    }
    log.info(this.getServiceName() + " service end");
}   
源码分析一mmapOperation

step-1: 优先级阻塞队列,获取创建文件请求[队列无元素阻塞]step-2: 是否允许堆外内存,要求异步刷盘 并且启动堆外内存才会走该机制step-2.1: 堆外内存创建方式step-2.2: 没有堆外内存,则mmap内存映射step-3: 内存预热以及mlock

  private boolean mmapOperation() {
    boolean isSuccess = false;
    AllocateRequest req = null;
    try {
        step-1: 优先级阻塞队列,创建请求[队列无元素阻塞]
        req = this.requestQueue.take();
        AllocateRequest expectedRequest = this.requestTable.get(req.getFilePath());
        ...... 删除其他代码
        if (req.getMappedFile() == null) {
            long beginTime = System.currentTimeMillis();

            MappedFile mappedFile;
            step-2: 是否允许堆外内存,要求异步刷盘 并且启动堆外内存才会走该机制
            if (messageStore.getMessageStoreConfig().isTransientStorePoolEnable()) {
                step-2.1: 堆外内存创建方式
                mappedFile = ServiceLoader.load(MappedFile.class).iterator().next();
                mappedFile.init(req.getFilePath(), req.getFileSize(), messageStore.getTransientStorePool());
                ...... 删除其他代码
            } else {
                step-2.2: 没有堆外内存,则mmap内存映射
                mappedFile = new MappedFile(req.getFilePath(), req.getFileSize());
            }
            ...... 删除其他代码
            if (mappedFile.getFileSize() >= this.messageStore.getMessageStoreConfig()
                .getMappedFileSizeCommitLog()
                &&
                this.messageStore.getMessageStoreConfig().isWarmMapedFileEnable()) {
                step-3: 内存预热以及mlock
                写入假值0 进行预热 写入假值进而 *** 作系统发现os page 缺页 从而读取物理磁盘数据到内存
                mappedFile.warmMappedFile(this.messageStore.getMessageStoreConfig().getFlushDiskType(),
                    this.messageStore.getMessageStoreConfig().getFlushLeastPagesWhenWarmMapedFile());
            }
            ......删除其他代码
        }
    ......删除其他代码
    }finally {
        唤醒添加消息线程
        if (req != null && isSuccess)
            req.getCountDownLatch().countDown();
    }
    return true;
}
源码分析一warmMappedFile

对1G的commitlog进行预热 写入假值,适当让出cpu 然后通过mlock防止swap

ps: 笔者至今也没有查到为什么填充假值0,而不是1或者其他很官方的说明,读者有知道的可以留言

public void warmMappedFile(FlushDiskType type, int pages) {
    long beginTime = System.currentTimeMillis();
    ByteBuffer byteBuffer = this.mappedByteBuffer.slice();
    int flush = 0;
    long time = System.currentTimeMillis();
    对1G的commitlog进行预热 写入假值,适当让出cpu 然后通过mlock防止swap
    for (int i = 0, j = 0; i < this.fileSize; i += MappedFile.OS_PAGE_SIZE, j++) {
         仅分配内存并调用 mlock 并不会为调用进程锁定这些内存,因为对应的分页可能是写时复制(copy-on-write)的5。因此,你应该在每个页面中写入一个假的值
         也就是说仅仅分配,但内存映射尚未执行

        
        byteBuffer.put(i, (byte) 0);
        // force flush when flush disk type is sync
        if (type == FlushDiskType.SYNC_FLUSH) {
            if ((i / OS_PAGE_SIZE) - (flush / OS_PAGE_SIZE) >= pages) {
                flush = i;
                mappedByteBuffer.force();
            }
        }

        主动放弃cpu 
        if (j % 1000 == 0) {
            log.info("j={}, costTime={}", j, System.currentTimeMillis() - time);
            time = System.currentTimeMillis();
            try {
                Thread.sleep(0);
            } catch (InterruptedException e) {
                log.error("Interrupted", e);
            }
        }
    }

    刷盘
    if (type == FlushDiskType.SYNC_FLUSH) {
        log.info("mapped file warm-up done, force to disk, mappedFile={}, costTime={}",
            this.getFileName(), System.currentTimeMillis() - beginTime);
        mappedByteBuffer.force();
    }
    通过mlock避免内存被 *** 作系统swap
    this.mlock();
}
mlock

调用c语言的mlock函数完成内存锁定防止内存不足或其他情况导致内存被置换出,从而导致下次内存缺页, *** 作系统需要从磁盘进行IO

public void mlock() {
    final long beginTime = System.currentTimeMillis();
    final long address = ((DirectBuffer) (this.mappedByteBuffer)).address();
    Pointer pointer = new Pointer(address);
    {
        // 位置+ 长度
        int ret = LibC.INSTANCE.mlock(pointer, new NativeLong(this.fileSize));
        log.info("mlock {} {} {} ret = {} time consuming = {}", address, this.fileName, this.fileSize, ret, System.currentTimeMillis() - beginTime);
    }

    {
        int ret = LibC.INSTANCE.madvise(pointer, new NativeLong(this.fileSize), LibC.MADV_WILLNEED);
        log.info("madvise {} {} {} ret = {} time consuming = {}", address, this.fileName, this.fileSize, ret, System.currentTimeMillis() - beginTime);
    }
}
总结

commitlog的创建方式分为直接内存映射或者内存映射+堆外缓冲的方式[参见刷盘章节]commitlog的创建会期望一次创建两个通过假值0填充完成内存映射通过mlock锁定内存所有的工作都是为了appendMessage时能够高性能写入缓冲区

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原文地址: https://outofmemory.cn/zaji/5716212.html

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