RabbitMQ存储原理和队列结构是什么

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存储原理

首先确认一个点，持久化和非持久化的消息都会落地磁盘，区别在于持久化的消息一定会写入磁盘(并且如果可以在内存中也会有一份)，而非持久化的消息只有在内存吃紧的时候落地磁盘。两种类型消息的落盘都是在RabbitMQ的持久层中完成的。

RabbitMQ的持久层只是一个逻辑上的概念，实际包含两个部分：

• 队列索引(rabbit_queue_index)：负责维护队列中落盘消息的信息，包括消息的存储地点、是否己被交付给消费者、是否己被消费者ack等。 每个队列都有与之对应的一个rabbit_queue_index

• 消息存储(rabbit_msg_store)：以键值对的形式存储消息，它被所有vhost中的队列共享，在每个vhost中有且只有一个。rabbit_msg_store具体还可以分为 msg_store_persistent和msg_store_transient，msg_store_persistent负责持久化消息的持久化，重启后消息不会丢失；msg_store_transient负责 非持久化消息的持久化，重启后消息会丢失。

消息(包括消息体、属性和headers)可以直接存储在rabbit_queue_index中，也可以被保存在rabbit_msg_store中。

最佳的配备方式是较小的消息存储在rabbit_queue_index中而较大的信息则存储在rabbit_msg_store中。消息大小的参数可以通过queue_index_embed_mgs_below来配置，默认大小4096，单位B。

rabbit_queue_index中以顺序的段文件来开始存储，后缀为".idx"，每个段文件中包含固定的SEGMENT_ENTRY_COUNT条记录，SEGMENT_ENTRY_COUNT默认值是16384。

经过rabbit_msg_store处理的所有消息都会以追加的方式写入到文件中，当一个文件的大小超过指定的限制(filesizelimit)后，关闭这个文件再创建一个新的文件以供新的消息写入。文件名(文件后缀是".rdq")从0开始进行累加，因此文件名最小的文件也是最老的文件。在进行消息的存储时，RabbitMQ会在ETS(Erlang Term Storage)表中记录消息在文件中的位置映射(Index)和文件的相关信息(FileSummary)。

在读取消息的时候，先根据消息的ID(msg id)找到对应存储的文件，如果文件存在并且未被锁住，则直接打开文件，从指定位置读取消息的内容。如果文件不存在或者被锁住了，则发送请求由rabbit_msg_store进行处理。

消息删除是只是删除ETS表中该消息的相关信息，同时更新消息对应的存储文件的相关信息。执行消息删除操作时，并不立即对文件中的消息进行删除，也就是说消息依然在文件中，仅仅是被标识为垃圾数据而已。一个文件中都是垃圾数据时可以将这个文件删除。当检测到前后两个文件中的有效数据可以合并在一个文件中，并且所有的垃圾数据的大小和所有文件(至少有3个文件存在的情况下)的数据大小的比值超过设置的阀值GARBAGE FRACTION(默认值为0.5)时才会触发垃圾回收将两个文件合并。

队列结构

通常队列由rabbit_amqpqueue_process和backing_queue两部分组成：

• rabbit_amqpqueue_process：负责协议相关的消息处理(即接收生产者发布的消息、向消费者交付消息、处理消息的确认(包括生产端的confirm和消费端的ack))等

• backing_queue：消息存储的具体形式和引擎，并向rabbit_amqpqueue_process提供接口以供调用

如果消息发送的队列是空的且队列有消费者，该消息不会经过该队列直接发往消费者，如果无法直接被消费，则需要将消息暂存入队列，以便重新投递。消息在存入队列后，主要有以下几种状态：

• alpha：消息内容(包括消息体、属性和headers)和消息索引都存在内存中

• beta：消息内容保存在磁盘中，消息索引都存在内存中

• gamma：消息内容保存在磁盘中，消息索引在磁盘和内存中都存在

• delta：消息内容和消息索引都在磁盘中

持久化的消息，消息内容和消息索引必须都保存在磁盘中，才会处于上面状态中的一种，gamma状态只有持久化的消息才有这种状态。

对于没有设置优先级和镜像的队列来说，backing_queue的默认实现是rabbit_variable_queue，其内部通过5个子队列来体现消息的各个状态：

• Q1：只包含alpha状态的消息

• Q2：包含beta和gamma的消息

• Delta：包含delta的消息

• Q3：包含beta和gamma的消息

• Q4：只包含alpha状态的消息

消息的状态一般变更方向是Q1->Q2->Delta->Q3->Q4，大体是从内存到磁盘然后再到内存中。消费者消费消息也会引起消息状态的转换。

1. 消费者消费时先从Q4获取消息，如果获取成功则返回。

2. 如果Q4为空，则从Q3中获取消息，首先判断Q3是否为空，如果为空返回队列为空，即此时队列中无消息

3. 如果Q3不为空，取出Q3的消息，然后判断Q3和Delta中的长度，如果都为空，那么Q2、Delta、Q3、Q4都为空，直接将Q1中的消息转移至Q4，下次直接从Q4中读取消息

4. 如果Q3为空，Delta不为空，则将Delta中的消息转移至Q3中，下次直接从Q3中读取。

5. 在将消息从Delta转移至Q3的过程中，是按照索引分段读取，首先读取某一段，然后判断读取的消息个数和Delta消息的个数，如果相等，判定Delta已无消息，直接将读取 Q2和读取到消息一并放入Q3，如果不相等，仅将此次读取的消息转移到Q3。

通常在负载正常时，如果消息被消费的速度不小于接收新消息的速度，对于不需要保证可靠不丢失的消息来说，极有可能只会处于alpha状态。对于durable属性设置为true的消息，它一定会进入gamma状态，并且在开启publisher confirm机制时，只有到了gamma状态时才会确认该消息己被接收，若消息消费速度足够快、内存也充足，这些消息也不会继续走到下一个状态。

惰性队列

惰性队列会将接收到的消息直接存入文件系统中，而不管是持久化的或者是非持久化的，这样可以减少了内存的消耗，但是会增加I/0的使用，如果消息是持久化的，那么这样的I/0操作不可避免，惰性队列和持久化的消息可谓是"最佳拍档"。

队列具备两种模式：default和lazy。在队列声明的时候可以通过x-queue-mode参数来设置队列的模式，取值为default和lazy。对应的 Policy设置方式为:

  rabbitmqctl set_policy lazy "^myQueue$" '{"queue-mode":"lazy"}' --apply-to queue

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