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rocketmq原理源码分析之控制器模式- dledger

简介

     RocketMQ 4.5 版本之前,RocketMQ 的broker是 Master/Slave部署架构,一组 broker 有一个 Master ,有0到若干Slave,Slave复制Master消息存储,随时替代下线的Master。Master/Slave部署架构提供一定的高可用性,但这样的部署架构,主节点下线需要手动进行重启或者手动切换,需要一个新的多副本架构,支持自动切换,解决方案基本可以分为两种:

  1. 独立的分布式协调组件,如 zookeeper,实现选主和分布式存储,该方案引入外部组件,增加运维成本。
  2. 可嵌入的分布式组件,如 raft , raft 协议相比前者的优点是不需要引入外部组件,自动选主逻辑集成到各个节点的进程中,节点之间通过通信就可以完成选主。

rocketmq选择 raft,目前有 dledger和jraft两个实现,本文分析dledger控制器,broker是rocketmq的核心组件,负责消息的存储,接收消息,分发消息,dledger控制器提供broker的选主,监管, 元数据保存等服务,保障broker高可用。

本文分分析基于rocketmq 5.2.0,关于dledger原理分析可参看参考资料

关键词

raft/dledger/jraft  dledger/jraft 都是raft实现,其中jraft是蚂蚁金服的作品,改造自百度的braft,代码比较难懂,dledger是openmessage的一个组件,一开始就是java实现,代码相对易读,特性没有jraft丰富

选主/日志复制/状态机  raft特性,可参看参考资料了解

参考资料

https://blog.csdn.net/szlhj/category_12714458.html dledger源码原理分析,包括选主,心跳,日志复制,状态机

dledger

本文分析dledger控制器,本章简单介绍一下dledger

  • 应用/client  client是dledger提供给应用访问节点的组件

以下是节点内组件

  • rpc服务

rpc服务内置rpc client/rpc server,对外接收外部rpc访问,包括client和节点间通讯;对内,解释rpc请求,转发给Server;对外,发送rpc请求到其他节点

  • Server

主程序,负责节点启动,其他组件的启动;写入日志请求初步处理等

  • Elector

选举类,负责集群主节点选举

  • EntryPusher

日志写入器,内置分发器和处理器,分发器主节点用于复制日志到跟随者;处理器跟随者使用,写入日志

  • 存储

存储日志条目,有两个实现,基于内存和基于文件

  • 快照/状态机

新版本的dledger提供状态机,dledger成为通用的raft组件,不再是转为rocketmq使用

技术架构

上图dledger控制器模式的技术架构图,只关注dledger控制器与broker部分,dledger控制器集群提供broker选主和分布式存储同步,支撑broker的高可用。

上图的broker指向dledger控制器的蓝色虚线箭头代表broker向控制器的rpc调用,调用分两类,上报和获取,上报数据大部分走raft写, dledger主节点处理,然后复制*1到其他非主节点,过半的dledger worker复制完成,提交日志共识点,同时,所有的dledger节点,包括leader和worker,应用(apply)共识点日志到各自的状态机*2

状态机是dledger应用端的接口,接收已提交的共识日志,在这里,”dledger应用”是控制器,日志是broker上报的信息,控制器的状态机最终汇集日志到ReplicasInfoManager的replicaInfoTable和syncStateSetInfoTable。

*1 关于dledger日志写入和复制原理可参考 dledger原理源码分析系列(四)-日志写入和复制-CSDN博客

*2 关于dledger状态机原理可参考 dledger原理源码分析系列(五)-状态机-CSDN博客

 原理分析

本节分析broker高可用需解决的问题,raft控制器怎样解决

问题

本节分析broker高可用问题

发现broker下线

broker下线,可能是自身崩溃或者网络故障

broker 选主

发现broker master下线,需选出master,在新master的引领下恢复broker组正常

消息存储可用性

broker健康是高可用的基础,但对于slave还不够,slave复制master消息存储,进度过低不可用,需排除;进度跟上,重新加入

解决

上节分析broker高可用需解决的问题,本节分析raft控制器和broker解决问题的方案

下图展示用例,如何保障broker高可用

broker侧:

  • broker启动/恢复 无论启动还是恢复,注册到控制器
  • 注册 broker注册到控制器,受控制器监管,注册需要获取brokerId,应用brokerId,broker获得标识
  • 心跳 定时向控制器发送心跳,控制器记录和处理,这是发现broker下线的关键手段
  • 同步broker副本数据  同步副本室心跳的补充,控制器扫描心跳发现broker下线,选举,通知broker选主结果,但通知服务是oneway模式,不保证通知成功,同步broker副本信息,比较自身的master epoch和其他broker的,如果有更新的master epoch,说明自身错过了新master通知,发起选举
  • 同步SynStateSet  master定时任务
  • 变更为master/slave  控制器选主broker后,通知broker角色变更,master/slave组进入正常工作状态,自动切换完成

控制器侧:

  • 扫描心跳 控制器定时扫描broker的心跳,这是发现broker下线的用例
  • 选主 不同于dledger的共识选举,broker选主是控制器根据策略选某个broker作为master,不需要多数的3节点及以上

总结:

broker启动重启恢复注册到控制器,之后,定时发送心跳到控制器,控制器记录broker心跳,定时扫描心跳记录,未接收到broker 2个周期(可配置)的心跳,认为broker下线,发起broker选主,选主结束通知broker,broker依据选主结果切换为master/slave,实现broker高可用(自动切换)

   同步broker副本信息 这是心跳的补充,控制器扫描心跳发现broker下线,选举,通知broker选主结果,但通知服务是oneway模式,不保证通知成功,同步broker副本信息,比较自身的master epoch和其他broker的,如果有更新的master epoch,说明自身错过了新master通知

   更新SyncStateSet  broker master负责, master负责复制消息日志到组内slave,拥有slave复制进度的一手资料,不断更新到控制器,为重选master恢复准备

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