【RocketMQ】【源码】延迟消息实现原理

RocketMQ设定了延迟级别可以让消息延迟消费，延迟消息会使用SCHEDULE_TOPIC_XXXX这个主题，每个延迟等级对应一个消息队列，并且与普通消息一样，会保存每个消息队列的消费进度（delayOffset.json中的offsetTable）：

public class MessageStoreConfig {
    private String messageDelayLevel = "1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h";
}

延迟级别与延迟时间对应关系：
延迟级别0 ---> 对应延迟时间1s，也就是延迟1秒后消费者重新从Broker拉取进行消费
延迟级别1 ---> 延迟时间5s
延迟级别2 ---> 延迟时间10s
...
以此类推，最大的延迟时间为2h。

延迟消息

使用延迟消息时，只需设定延迟级别即可，Broker在存储的时候会判断是否设定了延迟级别，如果设置了延迟级别就按延迟消息来处理，由【消息的存储】文章可知，消息存储之前会进入到asyncPutMessage方法中，延迟消息的处理就是在这里做的，处理逻辑如下：

1. 判断消息的延迟级别是否超过了最大延迟级别，如果超过了就使用最大延迟级别；

2. 获取RMQ_SYS_SCHEDULE_TOPIC，它是在TopicValidator中定义的常量，值为SCHEDULE_TOPIC_XXXX:

   public class TopicValidator {
       // ...
       public static final String RMQ_SYS_SCHEDULE_TOPIC = "SCHEDULE_TOPIC_XXXX";
   }
   

3. 根据延迟级别选取对应的队列，一般会把相同延迟级别的消息放在同一个队列中；

4. 将消息原本的TOPIC和队列ID设置到消息属性中；

5. 更改消息队列的主题为RMQ_SYS_SCHEDULE_TOPIC，所以延迟消息的主题最终被设置为RMQ_SYS_SCHEDULE_TOPIC，会将消息投递到延迟队列中；

public class CommitLog {
    public CompletableFuture<PutMessageResult> asyncPutMessage(final MessageExtBrokerInner msg) {
        // ...
        // 获取事务类型
        final int tranType = MessageSysFlag.getTransactionValue(msg.getSysFlag());
        // 如果未使用事务或者提交事务
        if (tranType == MessageSysFlag.TRANSACTION_NOT_TYPE
                || tranType == MessageSysFlag.TRANSACTION_COMMIT_TYPE) {
            // 判断延迟级别
            if (msg.getDelayTimeLevel() > 0) {
                // 如果超过了最大延迟级别
                if (msg.getDelayTimeLevel() > this.defaultMessageStore.getScheduleMessageService().getMaxDelayLevel()) {
                    msg.setDelayTimeLevel(this.defaultMessageStore.getScheduleMessageService().getMaxDelayLevel());
                }
                // 获取RMQ_SYS_SCHEDULE_TOPIC
                topic = TopicValidator.RMQ_SYS_SCHEDULE_TOPIC;
                // 根据延迟级别选取对应的队列
                int queueId = ScheduleMessageService.delayLevel2QueueId(msg.getDelayTimeLevel());

                // 将消息原本的TOPIC和队列ID设置到消息属性中
                MessageAccessor.putProperty(msg, MessageConst.PROPERTY_REAL_TOPIC, msg.getTopic());
                MessageAccessor.putProperty(msg, MessageConst.PROPERTY_REAL_QUEUE_ID, String.valueOf(msg.getQueueId()));
                msg.setPropertiesString(MessageDecoder.messageProperties2String(msg.getProperties()));
                // 设置SCHEDULE_TOPIC
                msg.setTopic(topic);
                msg.setQueueId(queueId);
            }
        }
        // ...
    }
}

延迟消息被投递到延迟队列中之后，会由定时任务去处理队列中的消息，接下来就去看下定时任务的处理过程。

注册定时任务

Broker启动的时候会调用ScheduleMessageService的start方法，start方法中为不同的延迟级别创建了对应的定时任务来处理延迟消息，然后从offsetTable中获取当前延迟等级对应那个消息队列的消费进度，如果未获取到，则使用0，从队列的第一条消息开始处理，然后创建定时任务DeliverDelayedMessageTimerTask，可以看到首次是延迟1000ms执行：

public class ScheduleMessageService extends ConfigManager {
    // 首次执行延迟的时间
    private static final long FIRST_DELAY_TIME = 1000L;
    public void start() {
        if (started.compareAndSet(false, true)) {
            super.load();
            this.deliverExecutorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(this.maxDelayLevel, new ThreadFactoryImpl("ScheduleMessageTimerThread_"));
            if (this.enableAsyncDeliver) {
                this.handleExecutorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(this.maxDelayLevel, new ThreadFactoryImpl("ScheduleMessageExecutorHandleThread_"));
            }
            // 遍历所有的延迟级别
            for (Map.Entry<Integer, Long> entry : this.delayLevelTable.entrySet()) {
                Integer level = entry.getKey();
                Long timeDelay = entry.getValue();
                Long offset = this.offsetTable.get(level);
                if (null == offset) { // 如果获取的消费进度为空
                    offset = 0L; // 默认为0，从第一条消息开始处理
                }
                if (timeDelay != null) {
                    if (this.enableAsyncDeliver) {
                        this.handleExecutorService.schedule(new HandlePutResultTask(level), FIRST_DELAY_TIME, TimeUnit.MILLISECONDS);
                    }
                    // 为每个延迟级别创建对应的定时任务
                    this.deliverExecutorService.schedule(new DeliverDelayedMessageTimerTask(level, offset), FIRST_DELAY_TIME, TimeUnit.MILLISECONDS);
                }
            }
            // ...
        }
    }
}

运行定时任务

DeliverDelayedMessageTimerTask是ScheduleMessageService的内部类，它实现了Runnable接口，在run方法中调用了executeOnTimeup方法来处理延迟消息：

public class ScheduleMessageService extends ConfigManager {
    class DeliverDelayedMessageTimerTask implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            try {
                if (isStarted()) {
                    // 执行任务
                    this.executeOnTimeup();
                }
            } catch (Exception e) {
                // XXX: warn and notify me
                log.error("ScheduleMessageService, executeOnTimeup exception", e);
                this.scheduleNextTimerTask(this.offset, DELAY_FOR_A_PERIOD);
            }
        }
    }
}

executeOnTimeup方法的处理逻辑如下：

1. 根据主题名称以及延迟等级获取ConsumeQueue，如果获取为空，会重新创建一个任务提交到线程池中，延迟时间为DELAY_FOR_A_WHILE，延迟一段时间后重新执行；
2. 根据当前延迟消息队列的消费进度，从ConsumeQueue获取数据，如果获取为空，处理同上，重新创建一个任务延迟一段时间之后重新执行；
3. 因为队列中的消息是按写入顺序进行存储的，所以根据偏移量获取到的第一条消息开始，向后处理：
   （1）获取消息存储时间戳
   （2）根据延迟等级和消息的存储时间戳计算消息的到期时间
   （3）获取当前时间，使用当前时间减去消息的到期时间
   • 如果值大于0，表示还未到达指定的延迟时间，需要继续等待，重新创建一个任务延迟一段时间之后重新执行；
   • 如果值小于等于0，表示已经到达了指定的延迟时间，会调用messageTimeup对消息处理，恢复消息原本的Topic；
4. 根据是否开启了异步来决定同步投递消息还是异步投递消息，这一步会将消息投递到原本Topic中的消息队列，之后与普通消息的存储流程一致；

public class ScheduleMessageService extends ConfigManager {
    class DeliverDelayedMessageTimerTask implements Runnable {
        public void executeOnTimeup() {
            // 根据主题名称以及延迟等级获取ConsumeQueue
            ConsumeQueue cq =
                ScheduleMessageService.this.defaultMessageStore.findConsumeQueue(TopicValidator.RMQ_SYS_SCHEDULE_TOPIC,
                    delayLevel2QueueId(delayLevel));
            // 如果ConsumeQueue为空，新建定时任务等待下次执行
            if (cq == null) {
                this.scheduleNextTimerTask(this.offset, DELAY_FOR_A_WHILE);
                return;
            }
            // 根据偏移量从ConsumeQueue获取数据
            SelectMappedBufferResult bufferCQ = cq.getIndexBuffer(this.offset);
            if (bufferCQ == null) {
                // ...

                // 如果获取为空，新建定时任务等待下次执行
                this.scheduleNextTimerTask(resetOffset, DELAY_FOR_A_WHILE);
                return;
            }
            long nextOffset = this.offset;
            try {
                int i = 0;
                ConsumeQueueExt.CqExtUnit cqExtUnit = new ConsumeQueueExt.CqExtUnit();
                // 开始处理延迟消息
                for (; i < bufferCQ.getSize() && isStarted(); i += ConsumeQueue.CQ_STORE_UNIT_SIZE) {
                    // 获取消息在CommitLog中的偏移量
                    long offsetPy = bufferCQ.getByteBuffer().getLong();
                    // 消息大小
                    int sizePy = bufferCQ.getByteBuffer().getInt();
                    // tag哈希值
                    long tagsCode = bufferCQ.getByteBuffer().getLong();
                    if (cq.isExtAddr(tagsCode)) {
                        if (cq.getExt(tagsCode, cqExtUnit)) {
                            tagsCode = cqExtUnit.getTagsCode();
                        } else {
                            //can't find ext content.So re compute tags code.
                            log.error("[BUG] can't find consume queue extend file content!addr={}, offsetPy={}, sizePy={}",
                                tagsCode, offsetPy, sizePy);
                            // 获取消息存储时间戳
                            long msgStoreTime = defaultMessageStore.getCommitLog().pickupStoreTimestamp(offsetPy, sizePy);
                            // 根据延迟等级和消息的存储时间计算消息的到期时间
                            tagsCode = computeDeliverTimestamp(delayLevel, msgStoreTime);
                        }
                    }
                    // 获取当前时间
                    long now = System.currentTimeMillis();
                    long deliverTimestamp = this.correctDeliverTimestamp(now, tagsCode);
                    nextOffset = offset + (i / ConsumeQueue.CQ_STORE_UNIT_SIZE);
                    // 计算消息的到期时间
                    long countdown = deliverTimestamp - now;
                    // 如果大于0，表示还未到达指定的延迟时间，需要继续等待
                    if (countdown > 0) {
                        // 新建定时任务等待下次执行
                        this.scheduleNextTimerTask(nextOffset, DELAY_FOR_A_WHILE);
                        return;
                    }
                    // 走到这里，表示已经到了消息的延迟时间，从CommitLog取出消息
                    MessageExt msgExt = ScheduleMessageService.this.defaultMessageStore.lookMessageByOffset(offsetPy, sizePy);
                    if (msgExt == null) {
                        continue;
                    }
                    // 处理消息，这里会恢复消息原本的Topic
                    MessageExtBrokerInner msgInner = ScheduleMessageService.this.messageTimeup(msgExt);
                    if (TopicValidator.RMQ_SYS_TRANS_HALF_TOPIC.equals(msgInner.getTopic())) {
                        log.error("[BUG] the real topic of schedule msg is {}, discard the msg. msg={}",
                            msgInner.getTopic(), msgInner);
                        continue;
                    }

                    boolean deliverSuc;
                    // 投递消息到原本的主题中
                    if (ScheduleMessageService.this.enableAsyncDeliver) {
                        // 异步投递
                        deliverSuc = this.asyncDeliver(msgInner, msgExt.getMsgId(), offset, offsetPy, sizePy);
                    } else {
                        // 同步投递
                        deliverSuc = this.syncDeliver(msgInner, msgExt.getMsgId(), offset, offsetPy, sizePy);
                    }
                    if (!deliverSuc) {
                        this.scheduleNextTimerTask(nextOffset, DELAY_FOR_A_WHILE);
                        return;
                    }
                }
                // 计算下一条消息的偏移量
                nextOffset = this.offset + (i / ConsumeQueue.CQ_STORE_UNIT_SIZE);
            } catch (Exception e) {
                log.error("ScheduleMessageService, messageTimeup execute error, offset = {}", nextOffset, e);
            } finally {
                bufferCQ.release();
            }

            this.scheduleNextTimerTask(nextOffset, DELAY_FOR_A_WHILE);
        }

    }

    private MessageExtBrokerInner messageTimeup(MessageExt msgExt) {
        MessageExtBrokerInner msgInner = new MessageExtBrokerInner();
        msgInner.setBody(msgExt.getBody()); // 设置消息体
        msgInner.setFlag(msgExt.getFlag()); // 设置falg
        MessageAccessor.setProperties(msgInner, msgExt.getProperties());
        // ...
        msgInner.setWaitStoreMsgOK(false);
        MessageAccessor.clearProperty(msgInner, MessageConst.PROPERTY_DELAY_TIME_LEVEL);
        // 恢复原本的Topic
        msgInner.setTopic(msgInner.getProperty(MessageConst.PROPERTY_REAL_TOPIC));

        String queueIdStr = msgInner.getProperty(MessageConst.PROPERTY_REAL_QUEUE_ID);
        int queueId = Integer.parseInt(queueIdStr);
        msgInner.setQueueId(queueId);

        return msgInner;
    }
}

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