面试题：消息队列RocketMQ在高并发场景下如何保障消息持久化的性能和可靠性

Question

在高并发写入消息时，RocketMQ如何平衡消息持久化的性能与可靠性，例如其刷盘策略、存储优化机制等方面是如何设计和运作的？

Answer 1

刷盘策略

1. 同步刷盘：
   • 设计：生产者发送消息到Broker后，Broker会将消息写入到磁盘的CommitLog文件，只有当消息成功持久化到磁盘后，才会给生产者返回成功的响应。
   • 运作：这种刷盘策略确保了消息的可靠性，因为只要生产者收到成功响应，消息就一定已经持久化到磁盘。但由于每次写消息都要等待磁盘I/O完成，在高并发写入时，性能会受到磁盘I/O速度的限制。
2. 异步刷盘：
   • 设计：生产者发送消息到Broker后，Broker先将消息写入到内存的PageCache中，然后立即给生产者返回成功响应。之后，Broker会启动一个异步线程，将PageCache中的消息批量地刷写到磁盘的CommitLog文件。
   • 运作：这种策略在高并发写入时性能较高，因为不需要等待磁盘I/O完成就可以返回响应给生产者。但在系统突然宕机等极端情况下，PageCache中未来得及刷盘的消息可能会丢失，可靠性相对同步刷盘略低。

存储优化机制

1. 顺序写：
   • 设计：RocketMQ的消息存储采用顺序写的方式，所有的消息都顺序追加到CommitLog文件中。
   • 运作：相比于随机写，顺序写大大提高了磁盘I/O的效率。因为顺序写减少了磁盘磁头的寻道时间，使得I/O操作更加连续和高效，适合高并发写入场景。
2. PageCache：
   • 设计：利用操作系统的PageCache机制，先将消息写入PageCache，减少磁盘I/O次数。
   • 运作：当消费者拉取消息时，优先从PageCache中读取，如果PageCache中没有，则从磁盘读取。同时，异步刷盘也是将PageCache中的数据批量刷到磁盘，充分利用了PageCache的缓存加速作用，提高了消息读写的性能。
3. ConsumeQueue：
   • 设计：它是消息消费的逻辑队列，存储了消息在CommitLog中的物理偏移量等信息。每个Topic的每个Queue都有对应的ConsumeQueue。
   • 运作：通过ConsumeQueue，消费者可以快速定位到CommitLog中消息的位置，减少了对CommitLog的全量扫描，提高了消息消费的效率，进而在整体上提升了系统在高并发读写场景下的性能。同时，它的结构设计也有助于保证消息的顺序消费等特性，从侧面提升了消息处理的可靠性。