使用go实现一个超级mini的消息队列的示例代码
前言
趁着有空余时间,就想着撸一个mini的生产-消费消息队列,说干就干了。自己是个javer,这次实现,特意换用了go。没错,是零基础上手go,顺便可以学学go。
前置知识:
- go基本语法
- 消息队列概念,也就三个:生产者、消费者、队列
目的
- 没想着实现多复杂,因为时间有限,就mini就好,mini到什么程度呢
- 使用双向链表数据结构作为队列
- 有多个topic可供生产者生成消息和消费者消费消息
- 支持生产者并发写
- 支持消费者读,且ok后,从队列删除
- 消息不丢失(持久化)
- 高性能(先这样想)
设计
整体架构
协议
通讯协议底层使用tcp,mq是基于tcp自定义了一个协议,协议如下
type msg struct { id int64 topiclen int64 topic string // 1-consumer 2-producer 3-comsumer-ack 4-error msgtype int64 // 消息类型 len int64 // 消息长度 payload []byte // 消息 }
payload使用字节数组,是因为不管数据是什么,只当做字节数组来处理即可。msg承载着生产者生产的消息,消费者消费的消息,ack、和错误消息,前两者会有负载,而后两者负载和长度都为空
协议的编解码处理,就是对字节的处理,接下来有从字节转为msg,和从msg转为字节两个函数
func bytestomsg(reader io.reader) msg { m := msg{} var buf [128]byte n, err := reader.read(buf[:]) if err != nil { fmt.println("read failed, err:", err) } fmt.println("read bytes:", n) // id buff := bytes.newbuffer(buf[0:8]) binary.read(buff, binary.littleendian, &m.id) // topiclen buff = bytes.newbuffer(buf[8:16]) binary.read(buff, binary.littleendian, &m.topiclen) // topic msglastindex := 16 + m.topiclen m.topic = string(buf[16: msglastindex]) // msgtype buff = bytes.newbuffer(buf[msglastindex : msglastindex + 8]) binary.read(buff, binary.littleendian, &m.msgtype) buff = bytes.newbuffer(buf[msglastindex : msglastindex + 16]) binary.read(buff, binary.littleendian, &m.len) if m.len <= 0 { return m } m.payload = buf[msglastindex + 16:] return m } func msgtobytes(msg msg) []byte { msg.topiclen = int64(len([]byte(msg.topic))) msg.len = int64(len([]byte(msg.payload))) var data []byte buf := bytes.newbuffer([]byte{}) binary.write(buf, binary.littleendian, msg.id) data = append(data, buf.bytes()...) buf = bytes.newbuffer([]byte{}) binary.write(buf, binary.littleendian, msg.topiclen) data = append(data, buf.bytes()...) data = append(data, []byte(msg.topic)...) buf = bytes.newbuffer([]byte{}) binary.write(buf, binary.littleendian, msg.msgtype) data = append(data, buf.bytes()...) buf = bytes.newbuffer([]byte{}) binary.write(buf, binary.littleendian, msg.len) data = append(data, buf.bytes()...) data = append(data, []byte(msg.payload)...) return data }
队列
使用container/list,实现先入先出,生产者在队尾写,消费者在队头读取
package broker import ( "container/list" "sync" ) type queue struct { len int data list.list } var lock sync.mutex func (queue *queue) offer(msg msg) { queue.data.pushback(msg) queue.len = queue.data.len() } func (queue *queue) poll() msg{ if queue.len == 0 { return msg{} } msg := queue.data.front() return msg.value.(msg) } func (queue *queue) delete(id int64) { lock.lock() for msg := queue.data.front(); msg != nil; msg = msg.next() { if msg.value.(msg).id == id { queue.data.remove(msg) queue.len = queue.data.len() break } } lock.unlock() }
方法offer往队列里插入数据,poll从队列头读取数据素,delete根据消息id从队列删除数据。这里使用queue结构体对list进行封装,其实是有必要的,list作为底层的数据结构,我们希望隐藏更多的底层操作,只给客户提供基本的操作
delete操作是在消费者消费成功且发送ack后,对消息从队列里移除的,因为消费者可以多个同时消费,所以这里进入临界区时加锁(em,加锁是否就一定会影响对性能有较大的影响呢)
broker
broker作为服务器角色,负责接收连接,接收和响应请求
package broker import ( "bufio" "net" "os" "sync" "time" ) var topics = sync.map{} func handleerr(conn net.conn) { defer func() { if err := recover(); err != nil { println(err.(string)) conn.write(msgtobytes(msg{msgtype: 4})) } }() } func process(conn net.conn) { handleerr(conn) reader := bufio.newreader(conn) msg := bytestomsg(reader) queue, ok := topics.load(msg.topic) var res msg if msg.msgtype == 1 { // comsumer if queue == nil || queue.(*queue).len == 0{ return } msg = queue.(*queue).poll() msg.msgtype = 1 res = msg } else if msg.msgtype == 2 { // producer if ! ok { queue = &queue{} queue.(*queue).data.init() topics.store(msg.topic, queue) } queue.(*queue).offer(msg) res = msg{id: msg.id, msgtype: 2} } else if msg.msgtype == 3 { // consumer ack if queue == nil { return } queue.(*queue).delete(msg.id) } conn.write(msgtobytes(res)) }
msgtype等于1时,直接消费消息;msgtype等于2时是生产者生产消息,如果队列为空,那么还需创建一个新的队列,放在对应的topic下;msgtype等于3时,代表消费者成功消费,可以
删除消息
我们说消息不丢失,这里实现不完全,我就实现了持久化(持久化也没全部实现)。思路就是该topic对应的队列里的消息,按协议格式进行序列化,当broker启动时,从文件恢复
持久化需要考虑的是增量还是全量,需要保存多久,这些都会影响实现的难度和性能(想想kafka和redis的持久化),这里表示简单实现就好:定时器定时保存
func save() { ticker := time.newticker(60) for { select { case <-ticker.c: topics.range(func(key, value interface{}) bool { if value == nil { return false } file, _ := os.open(key.(string)) if file == nil { file, _ = os.create(key.(string)) } for msg := value.(*queue).data.front(); msg != nil; msg = msg.next() { file.write(msgtobytes(msg.value.(msg))) } _ := file.close() return false }) default: time.sleep(1) } } }
有一个问题是,当上面的delete操作时,这里的file文件需不需要跟着delete掉对应的消息?答案是需要删除的,如果不删除,只能等下一次的全量持久化来覆盖了,中间就有脏数据问题
下面是启动逻辑
package main import ( "awesomeproject/broker" "fmt" "net" ) func main() { listen, err := net.listen("tcp", "127.0.0.1:12345") if err != nil { fmt.print("listen failed, err:", err) return } go broker.save() for { conn, err := listen.accept() if err != nil { fmt.print("accept failed, err:", err) continue } go broker.process(conn) } }
生产者
package main import ( "awesomeproject/broker" "fmt" "net" ) func produce() { conn, err := net.dial("tcp", "127.0.0.1:12345") if err != nil { fmt.print("connect failed, err:", err) } defer conn.close() msg := broker.msg{id: 1102, topic: "topic-test", msgtype: 2, payload: []byte("我")} n, err := conn.write(broker.msgtobytes(msg)) if err != nil { fmt.print("write failed, err:", err) } fmt.print(n) }
消费者
package main import ( "awesomeproject/broker" "bytes" "fmt" "net" ) func comsume() { conn, err := net.dial("tcp", "127.0.0.1:12345") if err != nil { fmt.print("connect failed, err:", err) } defer conn.close() msg := broker.msg{topic: "topic-test", msgtype: 1} n, err := conn.write(broker.msgtobytes(msg)) if err != nil { fmt.println("write failed, err:", err) } fmt.println("n", n) var res [128]byte conn.read(res[:]) buf := bytes.newbuffer(res[:]) recemsg := broker.bytestomsg(buf) fmt.print(recemsg) // ack conn, _ = net.dial("tcp", "127.0.0.1:12345") l, e := conn.write(broker.msgtobytes(broker.msg{id: recemsg.id, topic: recemsg.topic, msgtype: 3})) if e != nil { fmt.println("write failed, err:", err) } fmt.println("l:", l) }
消费者这里ack时重新创建了连接,如果不创建连接的话,那服务端那里就需要一直从conn读取数据,直到结束。思考一下,像rabbitmq的ack就有自动和手工的ack,如果是手工的ack,必然需要一个新的连接,因为不知道客户端什么时候发送ack,自动的话,当然可以使用同一个连接,but这里就简单创建一条新连接吧
启动
先启动broker,再启动producer,然后启动comsumer,ok,能跑,能实现发送消息到队列,从队列消费消息
总结
整体虽然简单,但毕竟是使用go实现的,就是看似一顿操作猛如虎,实质慌如狗。第一时间就被go的gopath和go mod困扰住,后面语法的使用,比如指针,传值传引用等,最头疼的就是类型转换,作为一个javer,使用go进行类型转换,着实被狠狠得虐了一番。
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