3、RocketMQ源码分析（三）

比眉伴天荒 2024-02-05 12:12 11阅读 0赞

RocketMQ源码-NameServer架构设计及启动流程

本文我们来分析NameServer相关代码，在正式分析源码前，我们先来回忆下NameServer的功能：

**NameServer是一个非常简单的Topic路由注册中心，其角色类似Dubbo中的zookeeper，支持Broker的动态注册与发现。主要包括两个功能：**

**Broker管理**，NameServer接受Broker集群的注册信息并且保存下来作为路由信息的基本数据。然后提供心跳检测机制，检查Broker是否还存活；  
**路由信息管理**，每个NameServer将保存关于Broker集群的整个路由信息和用于客户端查询的队列信息。然后Producer和Conumser通过NameServer就可以知道整个Broker集群的路由信息，从而进行消息的投递和消费。

1.  架构设计  
    Broker启动的时候会向所有的NameServer注册，生产者在发送消息时会先从NameServer中获取Broker消息服务器的地址列表，根据负载均衡算法选取一台Broker消息服务器发送消息。NameServer与每台Broker之间保持着长连接，并且每隔10秒会检查Broker是否存活，如果检测到Broker超过120秒未发送心跳，则从路由注册表中将该Broker移除。

但是路由的变化不会马上通知消息生产者，这是为了降低NameServe的复杂性，所以在RocketMQ中需要消息的发送端提供容错机制来保证消息发送的高可用性  
![在这里插入图片描述][84ee95ae091f49258e1f5ed7171a111a.png]  
2. 启动流程源码分析  
2.1 主方法：NamesrvStartup\#main  
NameServer位于RocketMq项目的namesrv模块下，主类是org.apache.rocketmq.namesrv.NamesrvStartup，代码如下：

public class NamesrvStartup {
        
    
        ...
    
        public static void main(String[] args) {
        
            main0(args);
        }
    
        public static NamesrvController main0(String[] args) {
        
            try {
        
                // 创建 controller
                NamesrvController controller = createNamesrvController(args);
                // 启动
                start(controller);
                String tip = "The Name Server boot success. serializeType=" 
                        + RemotingCommand.getSerializeTypeConfigInThisServer();
                log.info(tip);
                System.out.printf("%s%n", tip);
                return controller;
            } catch (Throwable e) {
        
                e.printStackTrace();
                System.exit(-1);
            }
    
            return null;
        }
    
        ...
    }

可以看到，main()方法里的代码还是相当简单的，主要包含了两个方法：

createNamesrvController(…)：创建 controller  
start(…)：启动nameServer  
接下来我们就来分析这两个方法了。

2.2 创建controller：NamesrvStartup\#createNamesrvController

public static NamesrvController createNamesrvController(String[] args) 
            throws IOException, JoranException {
        
        // 省略解析命令行代码
        ...
    
        // nameServer的相关配置
        final NamesrvConfig namesrvConfig = new NamesrvConfig();
        //  nettyServer的相关配置
        final NettyServerConfig nettyServerConfig = new NettyServerConfig();
        // 端口写死了。。。
        nettyServerConfig.setListenPort(9876);
        if (commandLine.hasOption('c')) {
        
            // 处理配置文件
            String file = commandLine.getOptionValue('c');
            if (file != null) {
        
                // 读取配置文件，并将其加载到 properties 中
                InputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file));
                properties = new Properties();
                properties.load(in);
                // 将 properties 里的属性赋值到 namesrvConfig 与 nettyServerConfig
                MixAll.properties2Object(properties, namesrvConfig);
                MixAll.properties2Object(properties, nettyServerConfig);
    
                namesrvConfig.setConfigStorePath(file);
    
                System.out.printf("load config properties file OK, %s%n", file);
                in.close();
            }
        }
    
        // 处理 -p 参数，该参数用于打印nameServer、nettyServer配置，省略
        ...
    
        // 将 commandLine 的所有配置设置到 namesrvConfig 中
        MixAll.properties2Object(ServerUtil.commandLine2Properties(commandLine), namesrvConfig);
        // 检查环境变量：ROCKETMQ_HOME
        if (null == namesrvConfig.getRocketmqHome()) {
        
            // 如果不设置 ROCKETMQ_HOME，就会在这里报错
            System.out.printf("Please set the %s variable in your environment to match 
                    the location of the RocketMQ installation%n", MixAll.ROCKETMQ_HOME_ENV);
            System.exit(-2);
        }
    
        // 省略日志配置
        ...
    
        // 创建一个controller
        final NamesrvController controller = 
                new NamesrvController(namesrvConfig, nettyServerConfig);
    
        // 将当前 properties 合并到项目的配置中，并且当前 properties 会覆盖项目中的配置
        controller.getConfiguration().registerConfig(properties);
    
        return controller;
    }

这个方法有点长，不过所做的事就两件：

> 处理配置  
> 创建NamesrvController实例

2.2.1 处理配置  
咱们先简单地看下配置的处理。在我们启动项目中，可以使用-c /xxx/xxx.conf指定配置文件的位置，然后在createNamesrvController(…)方法中，通过如下代码

InputStream in = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file));
    properties = new Properties();
    properties.load(in);

将配置文件的内容加载到properties对象中，然后调用MixAll.properties2Object(properties, namesrvConfig)方法将properties的属性赋值给namesrvConfig，\`\`MixAll.properties2Object(…)\`代码如下：

public static void properties2Object(final Properties p, final Object object) {
        
        Method[] methods = object.getClass().getMethods();
        for (Method method : methods) {
        
            String mn = method.getName();
            if (mn.startsWith("set")) {
        
                try {
        
                    String tmp = mn.substring(4);
                    String first = mn.substring(3, 4);
                    // 首字母小写
                    String key = first.toLowerCase() + tmp;
                    // 从Properties中获取对应的值
                    String property = p.getProperty(key);
                    if (property != null) {
        
                        // 获取值，并进行相应的类型转换
                        Class<?>[] pt = method.getParameterTypes();
                        if (pt != null && pt.length > 0) {
        
                            String cn = pt[0].getSimpleName();
                            Object arg = null;
                            // 转换成int
                            if (cn.equals("int") || cn.equals("Integer")) {
        
                                arg = Integer.parseInt(property);
                            // 其他类型如long,double,float,boolean都是这样转换的，这里就省略了    
                            } else if (...) {
        
                                ...
                            } else {
        
                                continue;
                            }
                            // 反射调用
                            method.invoke(object, arg);
                        }
                    }
                } catch (Throwable ignored) {
        
                }
            }
        }
    }

这个方法非常简单:

先获取到object中的所有setXxx(…)方法  
得到setXxx(…)中的Xxx  
首字母小写得到xxx  
从properties获取xxx属性对应的值，并根据setXxx(…)方法的参数类型进行转换  
反射调用setXxx(…)方法进行赋值  
这里之后，namesrvConfig与nettyServerConfig就赋值成功了。

2.2.2 创建NamesrvController实例  
我们再来看看createNamesrvController(…)方法的第二个重要功能：创建NamesrvController实例.

创建NamesrvController实例的代码如下：

final NamesrvController controller = new NamesrvController(namesrvConfig, nettyServerConfig);

我们直接进入NamesrvController的构造方法：

/**
     * 构造方法，一系列的赋值操作
     */
    public NamesrvController(NamesrvConfig namesrvConfig, NettyServerConfig nettyServerConfig) {
        
        this.namesrvConfig = namesrvConfig;
        this.nettyServerConfig = nettyServerConfig;
        this.kvConfigManager = new KVConfigManager(this);
        this.routeInfoManager = new RouteInfoManager();
        this.brokerHousekeepingService = new BrokerHousekeepingService(this);
        this.configuration = new Configuration(log, this.namesrvConfig, this.nettyServerConfig);
        this.configuration.setStorePathFromConfig(this.namesrvConfig, "configStorePath");
    }

构造方法里只是一系列的赋值操作，没做什么实质性的工作，就先不管了。

2.3 启动nameServer：NamesrvStartup\#start  
让我们回到一开始的NamesrvStartup\#main0方法，

public static NamesrvController main0(String[] args) {
        
    
        try {
        
            NamesrvController controller = createNamesrvController(args);
            start(controller);
            ...
        } catch (Throwable e) {
        
            e.printStackTrace();
            System.exit(-1);
        }
    
        return null;
    }

接下来我们来看看start(controller)方法中做了什么，进入NamesrvStartup\#start方法：

public static NamesrvController start(final NamesrvController controller) throws Exception {
        
        if (null == controller) {
        
            throw new IllegalArgumentException("NamesrvController is null");
        }
        // 初始化
        boolean initResult = controller.initialize();
        if (!initResult) {
        
            controller.shutdown();
            System.exit(-3);
        }
        // 关闭钩子，可以在关闭前进行一些操作
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new ShutdownHookThread(log, new Callable<Void>() {
        
            @Override
            public Void call() throws Exception {
        
                controller.shutdown();
                return null;
            }
        }));
        // 启动
        controller.start();
    
        return controller;
    }

start(…)方法的逻辑也十分简洁，主要包含3个操作：

初始化，想必是做一些启动前的操作  
添加关闭钩子，所谓的关闭钩子，可以理解为一个线程，可以用来监听jvm的关闭事件，在jvm真正关闭前，可以进行一些处理操作，这里的关闭前的处理操作就是controller.shutdown()方法所做的事了，所做的事也很容易想到，无非就是关闭线程池、关闭已经打开的资源等，这里我们就不深究了  
启动操作，这应该就是真正启动nameServer服务了  
接下来我们主要来探索初始化与启动操作流程。

2.3.1 初始化：NamesrvController\#initialize  
初始化的处理方法是NamesrvController\#initialize，代码如下：

public boolean initialize() {
        
        // 加载 kv 配置
        this.kvConfigManager.load();
        // 创建 netty 远程服务
        this.remotingServer = new NettyRemotingServer(this.nettyServerConfig, 
                this.brokerHousekeepingService);
        // netty 远程服务线程
        this.remotingExecutor = Executors.newFixedThreadPool(
                nettyServerConfig.getServerWorkerThreads(), 
                new ThreadFactoryImpl("RemotingExecutorThread_"));
        // 注册，就是把 remotingExecutor 注册到 remotingServer
        this.registerProcessor();
    
        // 开启定时任务，每隔10s扫描一次broker，移除不活跃的broker
        this.scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
        
            @Override
            public void run() {
        
                NamesrvController.this.routeInfoManager.scanNotActiveBroker();
            }
        }, 5, 10, TimeUnit.SECONDS);
    
        // 省略打印kv配置的定时任务
        ...
    
        // Tls安全传输，我们不关注
        if (TlsSystemConfig.tlsMode != TlsMode.DISABLED) {
        
            ...
        }
    
        return true;
    }

这个方法所做的事很明了，代码中都已经注释了，代码看着多，实际干的就两件事：

处理netty相关：创建远程服务与工作线程  
开启定时任务：移除不活跃的broker

NameServer是一个简单的注册中心，这个NettyRemotingServer就是对外开放的入口，用来接收broker的注册消息的，当然还会处理一些其他消息。

1.  创建NettyRemotingServer  
    我们先来看看NettyRemotingServer的创建过程：

public NettyRemotingServer(final NettyServerConfig nettyServerConfig,
            final ChannelEventListener channelEventListener) {
        
        super(nettyServerConfig.getServerOnewaySemaphoreValue(), 
                nettyServerConfig.getServerAsyncSemaphoreValue());
        this.serverBootstrap = new ServerBootstrap();
        this.nettyServerConfig = nettyServerConfig;
        this.channelEventListener = channelEventListener;
    
        int publicThreadNums = nettyServerConfig.getServerCallbackExecutorThreads();
        if (publicThreadNums <= 0) {
        
            publicThreadNums = 4;
        }
    
        // 创建 publicExecutor
        this.publicExecutor = Executors.newFixedThreadPool(publicThreadNums, new ThreadFactory() {
        
            private AtomicInteger threadIndex = new AtomicInteger(0);
            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {
        
                return new Thread(r, "NettyServerPublicExecutor_" 
                        + this.threadIndex.incrementAndGet());
            }
        });
    
        // 判断是否使用 epoll
        if (useEpoll()) {
        
            // boss
            this.eventLoopGroupBoss = new EpollEventLoopGroup(1, new ThreadFactory() {
        
                private AtomicInteger threadIndex = new AtomicInteger(0);
                @Override
                public Thread newThread(Runnable r) {
        
                    return new Thread(r, String.format("NettyEPOLLBoss_%d", 
                        this.threadIndex.incrementAndGet()));
                }
            });
            // worker
            this.eventLoopGroupSelector = new EpollEventLoopGroup(
                    nettyServerConfig.getServerSelectorThreads(), new ThreadFactory() {
        
                private AtomicInteger threadIndex = new AtomicInteger(0);
                private int threadTotal = nettyServerConfig.getServerSelectorThreads();
    
                @Override
                public Thread newThread(Runnable r) {
        
                    return new Thread(r, String.format("NettyServerEPOLLSelector_%d_%d", 
                        threadTotal, this.threadIndex.incrementAndGet()));
                }
            });
        } else {
        
            // 这里也是创建了两个线程
            ...
        }
        // 加载ssl上下文
        loadSslContext();
        }

整个方法下来，其实就是做了一些赋值操作，我们挑重点讲:

serverBootstrap：熟悉netty的小伙伴应该对这个很熟悉了，这个就是netty服务端的启动类  
publicExecutor：这里创建了一个名为publicExecutor线程池，暂时并不知道这个线程有啥作用，先混个脸熟吧  
eventLoopGroupBoss与eventLoopGroupSelector线程组：熟悉netty的小伙伴应该对这两个线程很熟悉了，这就是netty用来处理连接事件与读写事件的线程了，eventLoopGroupBoss对应的是netty的boss线程组，eventLoopGroupSelector对应的是worker线程组  
到这里，netty服务的准备工作本完成了。

1.  创建netty服务线程池  
    让我们再回到NamesrvController\#initialize方法，NettyRemotingServer创建完成后，接着就是netty远程服务线程池了：

this.remotingExecutor = Executors.newFixedThreadPool(
        nettyServerConfig.getServerWorkerThreads(), 
        new ThreadFactoryImpl("RemotingExecutorThread_"));

创建完成线程池后，接着就是注册了，也就是registerProcessor方法所做的工作：

this.registerProcessor();

在registerProcessor()中 ，会把当前的 NamesrvController 注册到 remotingServer中：

private void registerProcessor() {
        
        if (namesrvConfig.isClusterTest()) {
        
            this.remotingServer.registerDefaultProcessor(
                new ClusterTestRequestProcessor(this, namesrvConfig.getProductEnvName()),
                this.remotingExecutor);
        } else {
        
            // 注册操作
            this.remotingServer.registerDefaultProcessor(
                new DefaultRequestProcessor(this), this.remotingExecutor);
        }
    }

最终注册到为NettyRemotingServer的defaultRequestProcessor属性：

@Override
    public void registerDefaultProcessor(NettyRequestProcessor processor, ExecutorService executor) {
        
        this.defaultRequestProcessor 
                = new Pair<NettyRequestProcessor, ExecutorService>(processor, executor);
    }

好了，到这里NettyRemotingServer相关的配置就准备完成了，这个过程中一共准备了4个线程池：

publicExecutor：暂时不知道做啥的，后面遇到了再分析  
eventLoopGroupBoss：处理netty连接事件的线程组  
eventLoopGroupSelector：处理netty读写事件的线程池  
remotingExecutor：暂时不知道做啥的，后面遇到了再分析  
3. 创建定时任务  
准备完netty相关配置后，接着代码中启动了一个定时任务：

this.scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
        
        @Override
        public void run() {
        
            NamesrvController.this.routeInfoManager.scanNotActiveBroker();
        }
    }, 5, 10, TimeUnit.SECONDS);

这个定时任务位于NamesrvController\#initialize方法中，每10s执行一次，任务内容由RouteInfoManager\#scanNotActiveBroker提供，它所做的主要工作是监听broker的上报信息，及时移除不活跃的broker，关于源码的具体分析，我们后面再详细分析。

2.3.2 启动：NamesrvController\#start  
分析完NamesrvController的初始化流程后，让我们回到NamesrvStartup\#start方法：

public static NamesrvController start(final NamesrvController controller) throws Exception {
        
    
        ...
    
        // 启动
        controller.start();
    
        return controller;
    }

接下来，我们来看看NamesrvController的启动流程：

public void start() throws Exception {
        
        // 启动nettyServer
        this.remotingServer.start();
        // 监听tls配置文件的变化，不关注
        if (this.fileWatchService != null) {
        
            this.fileWatchService.start();
        }
    }

这个方法主要调用了NettyRemotingServer\#start，我们跟进去：

public void start() {
        
        ...
    
        ServerBootstrap childHandler =
            // 在 NettyRemotingServer#init 中准备的两个线程组
            this.serverBootstrap.group(this.eventLoopGroupBoss, this.eventLoopGroupSelector)
                .channel(useEpoll() ? EpollServerSocketChannel.class : NioServerSocketChannel.class)
    
                // 省略 option(...)与childOption(...)方法的配置
                ...
                // 绑定ip与端口
                .localAddress(new InetSocketAddress(this.nettyServerConfig.getListenPort()))
                .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
        
                    @Override
                    public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
        
                        ch.pipeline()
                            .addLast(defaultEventExecutorGroup, 
                                HANDSHAKE_HANDLER_NAME, handshakeHandler)
                            .addLast(defaultEventExecutorGroup,
                                encoder,
                                new NettyDecoder(),
                                new IdleStateHandler(0, 0, 
                                    nettyServerConfig.getServerChannelMaxIdleTimeSeconds()),
                                connectionManageHandler,
                                serverHandler
                            );
                    }
                });
    
        if (nettyServerConfig.isServerPooledByteBufAllocatorEnable()) {
        
            childHandler.childOption(ChannelOption.ALLOCATOR, PooledByteBufAllocator.DEFAULT);
        }
    
        try {
        
            ChannelFuture sync = this.serverBootstrap.bind().sync();
            InetSocketAddress addr = (InetSocketAddress) sync.channel().localAddress();
            this.port = addr.getPort();
        } catch (InterruptedException e1) {
        
            throw new RuntimeException("this.serverBootstrap.bind().sync() InterruptedException", e1);
        }
    
        ...
    }

这个方法中，主要处理了NettyRemotingServer的启动，关于其他一些操作并非我们关注的重点，就先忽略了。

可以看到，这个方法里就是处理了一个netty的启动流程，关于netty的相关操作，非本文重点，这里就不多作说明了。这里需要指出的是，在netty中，如果Channel是出现了连接/读/写等事件，这些事件会经过Pipeline上的ChannelHandler上进行流转，NettyRemotingServer添加的ChannelHandler如下：

ch.pipeline()
        .addLast(defaultEventExecutorGroup, 
            HANDSHAKE_HANDLER_NAME, handshakeHandler)
        .addLast(defaultEventExecutorGroup,
            encoder,
            new NettyDecoder(),
            new IdleStateHandler(0, 0, 
                nettyServerConfig.getServerChannelMaxIdleTimeSeconds()),
            connectionManageHandler,
            serverHandler
        );

这些ChannelHandler只要分为几类：

handshakeHandler：处理握手操作，用来判断tls的开启状态  
encoder/NettyDecoder：处理报文的编解码操作  
IdleStateHandler：处理心跳  
connectionManageHandler：处理连接请求  
serverHandler：处理读写请求  
这里我们重点关注的是serverHandler，这个ChannelHandler就是用来处理broker注册消息、producer/consumer获取topic消息的，这也是我们接下来要分析的重点。

执行完NamesrvController\#start，NameServer就可以对外提供连接服务了。

1.  总结  
    本文主要分析了NameServer的启动流程，整个启动流程分为3步：

创建controller：这一步主要是解析nameServer的配置并完成赋值操作  
初始化controller：主要创建了NettyRemotingServer对象、netty服务线程池、定时任务  
启动controller：就是启动netty 服务

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