阿里资深数据专家：RocketMQ底层通信机制

 杨开元 中生代技术 2018-06-25

杨开元，阿里巴巴数据专家，毕业于北京大学，有10年IT行业研发经验。对RocketMQ有深入的研究，是RocketMQ源码贡献者。曾就职于甲骨文和猎豹移动，专注于大数据和实时计算。在大量的工作实践中，对MySQL、J2EE、JVM、Spring、Hadoop、Kafka、Storm、Flink都有深入研究。喜欢剖析源码，分析原理，为开源项目贡献代码。

分布式系统各个角色间的通信效率很关键，通信效率的高低直接影响系统性能，基于Socket实现一个高效的Tcp通信协议是个很有挑战的事情，本节说明RocketMQ是如何解决这个问题的

01

Remoting模块

_____

RocketMQ的通信相关代码在Remoting模块里，先来看看主要类结构。

图1-1 Remoting模块的类继承关系

RemotingService为最上层接口,定义了三个方法：

void start();

void shutdown();

void registerRPCHook(RPCHookrpcHook);

RemotingClient，RemotingServer继承RemotingService接口, 并增加了自己特有的方法。

代码清单1-1  RemotingClient主要函数定义

1void registerProcessor(final int requestCode, finalNettyRequestProcessor processor,final ExecutorService executor);
2RemotingCommand invokeSync(final String addr, final RemotingCommandrequest, final long timeoutMillis);
3void invokeAsync(final String addr, final RemotingCommand request,final long timeoutMillis,final InvokeCallback invokeCallback);
4void invokeOneway(final String addr, final RemotingCommand request,final long timeoutMillis);
5void updateNameServerAddressList(final List<String> addrs); 

然后看看具体的实现类，NettyRemotingClient和NettyRemotingServer分别实现了RemotingClient和RemotingServer, 而且都继承了NettyRemotingAbstract类.

通过上面的封装，RocketMQ各个模块间的通信，可以通过发送统一格式的自定义消息(RemotingCommand)来完成的，各个模块间的通信实现简洁明了。

比如NameServer模块中，NameServerController有个remotingServer变量，NameServer在启动时初始化好各个变量，然后启动remotingServer即可，剩下NameServer要做的是专心实现好处理RemotingCommand的逻辑。

代码清单1-2  NameServer处理主流程代码

 1@Override
 2public RemotingCommand processRequest(ChannelHandlerContext ctx,RemotingCommand request) throws RemotingCommandException {
 3    if (log.isDebugEnabled()){
 4       log.debug("receive request, {} {} {}",
 5            request.getCode(),
 6           RemotingHelper.parseChannelRemoteAddr(ctx.channel()),
 7            request);
 8    }
 9    switch (request.getCode()){
10        caseRequestCode.PUT_KV_CONFIG:
11            returnthis.putKVConfig(ctx, request);
12        caseRequestCode.GET_KV_CONFIG:
13            returnthis.getKVConfig(ctx, request);
14        caseRequestCode.DELETE_KV_CONFIG:
15            returnthis.deleteKVConfig(ctx, request);
16        caseRequestCode.REGISTER_BROKER:
17            VersionbrokerVersion = MQVersion.value2Version(request.getVersion());
18            if (brokerVersion.ordinal()>= MQVersion.Version.V3_0_11.ordinal()) {
19                returnthis.registerBrokerWithFilterServer(ctx, request);
20            } else {
21                returnthis.registerBroker(ctx, request);
22            }
23        caseRequestCode.GET_HAS_UNIT_SUB_UNUNIT_TOPIC_LIST:
24            returnthis.getHasUnitSubUnUnitTopicList(ctx, request);
25        caseRequestCode.UPDATE_NAMESRV_CONFIG:
26            returnthis.updateConfig(ctx, request);
27        caseRequestCode.GET_NAMESRV_CONFIG:
28            returnthis.getConfig(ctx, request);
29        default:
30            break;
31    }
32    return null;
33}

在Consumer的源码中，获取消息的底层的通信部分也是发送一个RemotingComand 请求，返回的response也是个RemotingCommand类型。

代码清单1-3  Consumer请求消息底层实现代码

1private PullResult pullMessageSync(//
2    final String addr, // 1
3    final RemotingCommandrequest, // 2
4    final long timeoutMillis//3
5) throws RemotingException, InterruptedException, MQBrokerException{
6    RemotingCommand response =this.remotingClient.invokeSync(addr, request, timeoutMillis);
7    assert response != null;
8    returnthis.processPullResponse(response);
9}

从源码中可以看出，RocketMQ中复杂的通信过程，被RemotingCommand统一起来，大部分的逻辑都是通过发送Command，接受并处理Command完成。

02

协议设计和编解码

_____

RocketMQ自己定义了一个通信协议，使得模块间传输的二进制消息和有意义的内容之间互相转换。协议格式如图1-2所示。

 图1-2 RocketMQ的通信协议

（1）第一部分是大端4个字节整数，值等于第二，三，四部分长度总和

（2）第二部分是大端4个字节整数，值等于第三部分的长度

（3）第三部分是通过json 序列化的数据

（4）第四部分是通过应用自定义二进制序列化的数据

消息的解码过程在RomotingCommand的decode函数里。

代码清单1-4  消息解码函数

1public static RemotingCommand decode(final ByteBuffer byteBuffer) {
 2    int length =byteBuffer.limit();
 3    int oriHeaderLen =byteBuffer.getInt();
 4    int headerLength =getHeaderLength(oriHeaderLen);
 5    byte[] headerData = newbyte[headerLength];
 6   byteBuffer.get(headerData);
 7    RemotingCommand cmd =headerDecode(headerData, getProtocolType(oriHeaderLen));
 8    int bodyLength = length - 4 - headerLength;
 9    byte[] bodyData = null;
10    if (bodyLength > 0) {
11        bodyData = newbyte[bodyLength];
12       byteBuffer.get(bodyData);
13    }
14    cmd.body = bodyData;
15    return cmd;
16}

对应的消息编码过程在RemotingCommand的encode函数中。

代码清单1-5  消息编码函数

1public ByteBuffer encode() {
 2    // 1> header lengthsize
 3    int length = 4;
 4    // 2> header datalength
 5    byte[] headerData =this.headerEncode();
 6    length +=headerData.length;
 7    // 3> body data length
 8    if (this.body != null) {
 9        length += body.length;
10    }
11    ByteBuffer result =ByteBuffer.allocate(4 + length);
12    // length
13    result.putInt(length);
14    // header length
15   result.put(markProtocolType(headerData.length,serializeTypeCurrentRPC));
16    // header data
17    result.put(headerData);
18    // body data;
19    if (this.body != null) {
20        result.put(this.body);
21    }
22    result.flip();
23    return result;
24}

03

Netty库

_____

RocketMQ是基于Netty库来完成RemotingServer和RemotingClient具体的通信实现的，Netty是个事件驱动的网络编程框架，它屏蔽了Java Socket，Nio等复杂细节，用户只需用好Netty，就可以实现一个网络编程专家+并发编程专家水平的Server、Client网络程序。应用Netty有一定的门槛，需要了解它的EventLoopGroup，Channel，Handler模型以及各种具体的配置。RocketMQ利用Netty实现的通信类是NettyRemotingServer和NettyRemotingClient，用户也可以参考这两个类的实现来学习使用Netty。