简介
前面写了关于文件系统的三篇文章，深入浅出文件系统，[文件系统之读写高级篇]，此篇算是对文件系统相关文章的一个总结。
MetaQ是一款高性能的消息中间件，经过几年的发展，已经非常成熟稳定，历经多年双11的零点峰值压测，表现堪称完美。
MetaQ当前最新最稳定的稳本是3.x系统，MetaQ 3.x重新设计和实现，比之前的版本更优秀。虽然MetaQ借鉴了linkedin 的消息中间件kafak思想，但已经是青出于蓝而胜于蓝。
本文不对MetaQ做全面的介绍，只选择高性能这点来分析。
性能测试对比图
以上测试图片，来自消息测中间件试团队 @以夕 妹子的性能测试结果，更多测试结果请点击
[Kafka、RabbitMQ、RocketMQ发送小消息性能对比]，
[Kafka vs RocketMQ——Topic数量对单机性能的影响]，
[Kafka vs RocketMQ——单机系统可靠]。
核心功能
MetaQ作为一款消息中间件，消息中间件该有的功能，MetaQ也有。本文并不全面介绍MetaQ方面方面，只是选取性能这一角度，来剖析其高性能的原因。
功能组件
MetaQ Server
最为核心的组件，它主要可以接收应用程序发送过来的消息并存储，然后再投递。
MetaQ Master
是MetaQ Server逻辑上的角色，和MySQL Master概念类型，对外提供发送消息、订阅消息以及维护着管理信息。
MetaQ Slave
是MetaQ Server逻辑上的角色，和MySQL Slave概念类型，对外提供订阅消息功能。
MetaQ Client
主要是应用程序使用，使用MetaQ Client来发送消息、订阅消息、其它控制信息。
- 其它无数据管理及控制信息组件
提供订阅关系管理功能，MetaQ Server服务发现功能。
发送消息
MetaQ Client 发送消息，MetaQ Server收到消息，并存储到文件系统。也就是说MetaQ会有大量write系统调用。
订阅消息
MetaQ Client 订阅消息，因其是Pull的模型。MetaQ Server收到Pull消息的请求，会从磁盘上读取出消息，然后返回给MetaQ Client。这一步有大量的read系统调用。
矛盾
从上面的功能上看，Metaq Server要支持大量的磁盘IO操作，因为其是构建文件系统之上的消息中间件。既然使用了文件系统来存储数据，但磁盘QPS每秒也就是几百。MetaQ Server又必须高性能（如MetaQ Server性能是10W级别的QPS）,才能在可接收的成本范围内，满足业务需求(不丢消息)。如何在QPS只有几百的磁盘上，构建出一个高性能的MetaQ消息间件正是本文的中心。
高性能
前面介绍了MetaQ高性能的难点，那么我们如何解决这些难点。要解决这些难点，就必须找出这些难点。那么要写一个高性能的消息中间件，会有哪些会部分会对影响性能。
影响性能的关键几点
- 序列化与反序列化
从MetaQ Cleint要发送消息，必须要先序列化，然后才能通过网络发送出去。 MetaQ Server收到消息后，要进行反序列化，才能解析出消息内容，最后序列化存储到文件系统。
MetaQ Client收到消息，首页MetaQ Server必须从文件中读取消息，然后通过网络发送给MetaQ Client，收到消息，进行反序列化，应用才能识别消息内容。
MetaQ核心功能，都要通过序列化与反序列化，所以其性能，对MetaQ性能有关键性的影响，其实不是对MetaQ,只要使用了序列化与反序列化，其对性能影响都很大。
-
write性能
因为MetaQ Server会有大量的write系统调用 ，所以其性能对MetaQ性能有着重要的影响。
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read性能
因为MetaQ Server会有大量的read系统调用 ，所以其性能对MetaQ性能有着重要的影响。
- 网络框架
因为发送消息，订阅消息都必须经过网络，如果网络组件性能不好，对MetaQ性能有着关键的影响。
如何高性能
- 序列化与反序列化
要解决序列化与反序列化性能问题，我们就必须寻种各种序列化与反序列化技术性能对比，从而选出一个高性能的序列化与反序列化技术来作为MetaQ。
我们来看下Java世界可以选择的序列化与反序列化技术
从图中性能数据，可以看出，个人认为Google出品的Protocol Buffers应该是最佳选择，不管软件的质量、社区活跃、软件的后续发展上来说，都是不错的选择。
但MetaQ并没有选择Protocol Buffers作为其序列化与反序列化的技术，一个原因是Protocol Buffers居然在小版之间本都不兼容，2.3和2.5的版本都不兼容。这会带来一个严重的问题，如果MetaQ选择2.3的版本，应用程序选择了2.5，都会导致冲突，反之亦然。
MetaQ消息元数据是通过JSON来序列化与反序列化，消息Body是交给应用自己序列化与反序列化。
虽然使用Protocol Buffers性能会更好，但带给用户带来麻烦。所以MetaQ选择使用JSON。
-
IO优化
前面也已经介绍了，MetaQ Server 存大大量的IO，那么怎么优化呢？
read优化
read优化主要是使用了[文件系统之读写高级篇]里介绍的mmap文件映射技术。这样可以减少系统上下文切换和复制数据的开销。更多详情见[文件系统之读写高级篇]。
同时文件系统提供了文件预读的功能，也使的读取文件开销，特别是顺序读时，开销比较低。更多详情见[文件系统之读写高级篇]。
write优化
前面也介绍了，write可能存在并发问题，那么MetaQ是如何解决的？
MetaQ消息只保留在一个物理文件上，所有的消息都会写一个物理文件，每个物理文件都是固定大小，超过设置的阀值后，自动创建新的一个文件。当磁盘快满时，会自动删除老的文件。
Group Commit技术
Group Commit也就是组提交，组提交是指可以多次分写请求只要通过一次刷新数据，就可以实现这些请求的数据都已刷新到磁盘上。
MySQL 数据库能保证ACID,事务提交也使用了Group Commit来提高性能（为了保证D，数据需要持久化到文件系统）。
详细见下图
当写请求1到MetaQ Server时，把线程写入内核后，触发flush线程刷新数据到磁盘，以保证数据的可靠性。
然后再向MetaQ Client 响应发送消息成功。这个时间，只要文件系统和磁盘不损坏，数据是不会丢失的。
正在flush线程要准备刷新数据时，写请求2，写请求3，写请求4也到MetaQ Server且写入数据，这样因写请求1写数据，触发的flush顺便也把写请求2，写请求3，写请求4的数据也刷新到磁盘。这样减少了刷新磁盘的次数，性能自然就高了，同时也保证的数据的可靠性。
如何实现Group Commit,请看源码
// Synchronization flush
if (FlushDiskType.SYNC_FLUSH == this.defaultMessageStore.getMessageStoreConfig().getFlushDiskType()) {
GroupCommitService service = (GroupCommitService) this.flushCommitLogService;
if (msg.isWaitStoreMsgOK()) {
request = new GroupCommitRequest(result.getWroteOffset() + result.getWroteBytes());
service.putRequest(request);
boolean flushOK =
request.waitForFlush(this.defaultMessageStore.getMessageStoreConfig()
.getSyncFlushTimeout());
if (!flushOK) {
log.error("do groupcommit, wait for flush failed, topic: " + msg.getTopic() + " tags: "
+ msg.getTags() + " client address: " + msg.getBornHostString());
putMessageResult.setPutMessageStatus(PutMessageStatus.FLUSH_DISK_TIMEOUT);
}
}
else {
service.wakeup();
}
}
// Asynchronous flush
else {
this.flushCommitLogService.wakeup();
}并发安全
[文件系统之读写基础篇]也提到过，write如何保证并发安全，在写数据前，需要抢占一个锁，因为这只是把数据写到文件系统缓存中，所以持有锁的时间非常短，对性能友好。请看代码
synchronized (this) {
long beginLockTimestamp = this.defaultMessageStore.getSystemClock().now();
// Here settings are stored timestamp, in order to ensure an orderly
// global
msg.setStoreTimestamp(beginLockTimestamp);
MapedFile mapedFile = this.mapedFileQueue.getLastMapedFile();
if (null == mapedFile) {
log.error("create maped file1 error, topic: " + msg.getTopic() + " clientAddr: "
+ msg.getBornHostString());
return new PutMessageResult(PutMessageStatus.CREATE_MAPEDFILE_FAILED, null);
}
result = mapedFile.appendMessage(msg, this.appendMessageCallback);
switch (result.getStatus()) {
case PUT_OK:
break;
case END_OF_FILE:
// Create a new file, re-write the message
mapedFile = this.mapedFileQueue.getLastMapedFile();
if (null == mapedFile) {
// XXX: warn and notify me
log.error("create maped file2 error, topic: " + msg.getTopic() + " clientAddr: "
+ msg.getBornHostString());
return new PutMessageResult(PutMessageStatus.CREATE_MAPEDFILE_FAILED, result);
}
result = mapedFile.appendMessage(msg, this.appendMessageCallback);
break;
case MESSAGE_SIZE_EXCEEDED:
return new PutMessageResult(PutMessageStatus.MESSAGE_ILLEGAL, result);
case UNKNOWN_ERROR:
return new PutMessageResult(PutMessageStatus.UNKNOWN_ERROR, result);
default:
return new PutMessageResult(PutMessageStatus.UNKNOWN_ERROR, result);
}
DispatchRequest dispatchRequest = new DispatchRequest(//
topic,// 1
queueId,// 2
result.getWroteOffset(),// 3
result.getWroteBytes(),// 4
tagsCode,// 5
msg.getStoreTimestamp(),// 6
result.getLogicsOffset(),// 7
msg.getKeys(),// 8
/**
* Transaction
*/
msg.getSysFlag(),// 9
msg.getPreparedTransactionOffset());// 10
this.defaultMessageStore.putDispatchRequest(dispatchRequest);
eclipseTimeInLock = this.defaultMessageStore.getSystemClock().now() - beginLockTimestamp;
} // end of synchronized网络性能
MetaQ的网络框架，选择了Netty4。Netty4因出色的性能和易用性，成为高性能场景的不二选择。
更多详细的介绍请看我2014年为双11优化Notify性能的文章，Notify优化性能及Netty实践。
后记
MetaQ高性能的秘密，我们从其功能结构，从功能的作用，一个个解释了可能影响性能的点，及怎么解决这些问题，提高性能。
虽然一个个点看起来简单，但要实现一个稳定、高性能的消息系统，还是不容易的。
________________________________________该篇是由原作者 傅冲 提供
