MQ初窥门径【面试必看的Kafka和RocketMQ存储区别】

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编者注：作者是Java开发工程师@青云。

MQ初窥门径

全称(message queue)消息队列,一个用于接收消息、存储消息并转发消息的中间件

应用场景

用于解决的场景，总之是能接收消息并转发消息

1. 用于异步处理，比如A服务做了什么事情，异步发送一个消息给其他B服务。
2. 用于削峰，有些服务(秒杀)，请求量很高，服务处理不过来，那么请求先放到消息队列里面，后面按照能力处理，相当于蓄水池。
3. 应用解耦、消息通讯等等

总之MQ是可以存放消息并转发消息的中间件，场景取决于拿这个能力去解决什么问题

MQ概念模型

MQ向别人承诺的场景是接收消息，存储，并可以转发消息

接收消息

接收消息，那么接收谁的消息，为了说明这个问题，那么mq需要引入一个概念，叫做生产者，也就是发送消息的服务，否则没有办法来区分是谁发的消息，生产者通过网络发送消息就可以，中间的细节我们先不探讨。
那么还有一个问题就是消息发送给谁？

1. 我在发送消息的时候，指明我要发送给谁，就像发送短信一样，你需要指明你要发送给谁？
   这种方案在使用中是有问题的，因为在现在业务很多场景中, 发送方其实根本不知道对方是谁，他只是将自己的状态发送出来，那么谁需要这个消息，谁就接收，第二个如果指明了接收方，那么以后增加一个接收方就要改一下配置或者代码，将发送消息的人跟接收消息的人绑定在一起了
   那么有没有方案，解耦的好办法就是中间人，也叫中间层，我只发送给第三方，谁要消息，问第三方要，那么相当于我把发送的目标改为发送给第三方，这里的第三方就是mq，为了说明说明发送的地方，mq引入了topic的概念，发送方把消息发送到mq指定的一个通道中，以后谁想要这个消息，就跟mq说我想要这个通道的消息，也就是发送方发送的消息。

消费消息

消费消息，那么同理的一个问题，谁消费消息，为了说明那么mq需要引入一个概念，叫做消费者，也就是消费消息的服务，否则没有办法来区分是谁在接收消息，消费者通过网络接收消息就可以了，中间的细节我们先不探讨。

那么问题来了，消费者怎么说明消费谁的消息，上文已经说了，通过指明mq的topic，来决定我要哪一类消息。至此我们总结一下后的模型，也就是后生产者和消费者通过MQ的topic概念来实现解耦。

存储

说到存储，其实效率才是主要的，容量不是我们关心的，但是说到存储，不只是mq，所有需要高效率的存储其实后利用的核心都是一样的。
1.随机写转换成顺序写
2.集中刷盘
为什么随机写要转换为顺序写？
现在主流的硬盘是机械硬盘
第二 机械硬盘的机械结构一次读写时间 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 读取数据时间
那么寻道时间比较长，如果是顺序写，只需要一次寻道时间，关于机械硬盘整个过程，读者可自行google。

为什么集中刷盘？
因为每次刷盘都会进行系统调用，第二还是跟硬盘的本身属性有关，无论是机械硬盘还是ssd按照一定块刷盘会比小数据刷盘效率更好

kafka

为什么先说kafka的存储，因为kafka是个高性能的消息中间件，其中rocketmq也是借鉴于它，所以我们先说。

先给出终模型变化图

1. 为什么引入消费组概念？
   上一次模型图我们还没有消费组，那么引入消费组，是因为现在一个服务都有很多实例在运行，消费组是对这群一群机器的一个划分，他还是一个概念而已。
2. mq内部也发生了变化，一个topic后面又对应了很多partition，partition也是一个概念，他只不过是把一个topic分成了很多份，每一份叫一个partition，你高兴也可以叫他xxx,那么我们来说说为什么要分成很多份，一份不行吗？
   因为现在一个服务有很多实例在运行，如果topic只有一份的话，那么所有的实例都会来消费消息，并且都是抢占我们一个topic，这不可避免引入了多实例竞争，以及他们之间怎么协调，一堆问题需要关注解决，现在我把topic分成了很多份，每一份只给一个实例，那么就不会引入各实例之间的竞争问题了，简化了mq的问题。
3. 生产组的引入也是一样的，只不过是一组机器的一个概念，一个逻辑的划分，生产者发送消息原先是发往topic，那么现在topic分成了很多份，生产者发送消息，需要说明发往哪个partition或者随意分配都可以，只不过终发送的消息，会到一个topic下的一份里面。无论使用哪种映射方式都可以。

那么模型出来了，我们说说存储的问题。
对于kafka，一个partition对应一个文件，每次消息来都是顺序写这个文件。并且是定时刷盘，而不是每次写都刷盘，所以kafka的写非常高效。

rocketmq

上文我们说了rocketmq借鉴于kafka，所以存储借鉴了kafka，但是rocketmq不是仅仅把partition改成了ConsumeQueue，在这里做了变化，原先kafka，里面partition存储的是整个消息，但是现在ConsumeQueue里面是存储消息的存储地址，但是不存储消息了。

现在每个ConsumeQueue存储的是每个消息在commitlog这个文件的地址，但是消息存在于commitlog中。
也就是所有的消息体都写在了一个文件里面，每个ConsumeQueue只是存储这个消息在commitlog中地址。
存储对比

1. 消息体存储的变化
   那么我们先来看看kafka，假设partition有1000个，一个partition是顺序写一个文件，总体上就是1000个文件的顺序写，是不是就变成了随机写，所以当partition增加到一定数目后，kafka性能就会下降。而rocketmq是把消息都写到一个CommitLog文件中，所以相当于一个文件的顺序写。
2. 为什么索引文件(ConsumeQueue)的增加对性能影响没有那么partition大？
   (kafka也有索引文件，在这里只是想说明索引文件的增加跟partition增加的区别)
   虽然rocketmq是把消息都写到一个CommitLog文件中，但是按照上面的实例会有1000个ConsumeQueue，也就是一千个文件，那么为什么就没有把顺序写变成随机写，带来性能的下降呢？首先就要介绍linux的pagecache

我们平常调用write或者fwrite的时候，数据还没有写到磁盘上，只是写到一个内核的缓存(pagecache)，只有当我们主动调用flush的时候才会写到硬盘中。或者需要回写的pagecache占总内存一定比例的时候或者一个应该回写的page超过一定时间还没有写磁盘的时候，内核会将这些数据通过后台进程写到磁盘中(总结就是达到一定比例，或者多长时间还没有回写，会被内核自动回写)。

然后我们现在来看看为什么大量索引文件的顺序写没有像partition一样导致性能明显下降。ConsumeQueue只存储了（CommitLog Offet + Size + Message Tag Hashcode），一共20个字节，那么当commitlog定时任务刷盘之后，应该回写的pagecache的比例就会下降很多，那么ConsumeQueue的部分可以不用刷盘，就相当于ConsumeQueue的内容会等待比较长的时间聚合批量写入，而kafka每个partition都是存储的消息体，因为消息体都相对较大，基本在kb之上。
当一个partition刷盘的时候，应该回写的pagecache的比例降低的并不多，不能阻止其他partition的刷盘，所以会大量存在多个partition同时刷盘的场景，变成随机写。但是rocketmq消息都会写入一个commitLog，也就是顺序写。

所以我们总结下这个点：
1、consumerQueue消息格式大小固定（20字节），写入pagecache之后被触发刷盘频率相对较低。就是因为每次写入的消息小，造成他占用的pagecache少，主要占用方一旦被清理，那么他就可以不用清理了。
2、kafka中多partition会存在随机写的可能性，partition之间刷盘的冲撞率会高，但是rocketmq中commitLog都是顺序写。

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