高性能消息中间件 NSQ 解析-nsqd 实现细节介绍

我们在前面介绍了 nsq 的相关概念以及 nsq 的安装与应用。从本篇开始将会结合源码介绍 nsq 的实现细节。

nsq 中单个 nsqd 可以有多个 topic，每个 topic 可以有多个 channel。channel 接收这个 topic 所有消息的副本，从而实现多播分发，而 channel 上的每个消息被均匀的分发给它的订阅者，从而实现负载均衡。

入口函数

首先看下 nsqd 的入口函数：

//位于 apps/nsqd/main.go:26
func main() {
  prg := &program{}
  if err := svc.Run(prg, syscall.SIGINT, syscall.SIGTERM); err != nil {
    logFatal("%s", err)
  }
}

func (p *program) Init(env svc.Environment) error {
  if env.IsWindowsService() {
    dir := filepath.Dir(os.Args[0])
    return os.Chdir(dir)
  }
  return nil
}

func (p *program) Start() error {
  opts := nsqd.NewOptions()

  flagSet := nsqdFlagSet(opts)
  flagSet.Parse(os.Args[1:])
  ...
}

通过第三方 svc 包进行优雅的后台进程管理，svc.Run() -> svc.Init() -> svc.Start()，启动 nsqd 实例。

配置项初始化

初始化配置项(opts, cfg)，加载历史数据(nsqd.LoadMetadata)、持久化最新数据(nsqd.PersistMetadata)，然后开启协程，进入 nsqd.Main() 主函数。

// 位于 apps/nsqd/main.go:64
options.Resolve(opts, flagSet, cfg)
  nsqd, err := nsqd.New(opts)
  if err != nil {
    logFatal("failed to instantiate nsqd - %s", err)
  }
  p.nsqd = nsqd

  err = p.nsqd.LoadMetadata()
  if err != nil {
    logFatal("failed to load metadata - %s", err)
  }
  err = p.nsqd.PersistMetadata()
  if err != nil {
    logFatal("failed to persist metadata - %s", err)
  }

  go func() {
    err := p.nsqd.Main()
    if err != nil {
      p.Stop()
      os.Exit(1)
    }
  }()

接着就是初始化 tcpServer, httpServer, httpsServer，然后循环监控队列信息(n.queueScanLoop)、节点信息管理(n.lookupLoop)、统计信息(n.statsdLoop)输出。

// 位于 nsqd/nsqd.go:262
  n.tcpServer.nsqd = n
  n.waitGroup.Wrap(func() {
    exitFunc(protocol.TCPServer(n.tcpListener, tcpServer, n.logf))
  })
  httpServer := newHTTPServer(ctx, false, n.getOpts().TLSRequired == TLSRequired)
  n.waitGroup.Wrap(func() {
    exitFunc(http_api.Serve(n.httpListener, httpServer, "HTTP", n.logf))
  })
  if n.tlsConfig != nil && n.getOpts().HTTPSAddress != "" {
    httpsServer := newHTTPServer(ctx, true, true)
    n.waitGroup.Wrap(func() {
      exitFunc(http_api.Serve(n.httpsListener, httpsServer, "HTTPS", n.logf))
    })
  }

  n.waitGroup.Wrap(n.queueScanLoop)
  n.waitGroup.Wrap(n.lookupLoop)
  if n.getOpts().StatsdAddress != "" {
    n.waitGroup.Wrap(n.statsdLoop)
  }

处理请求

分别处理 tcp/http 请求，开启 handler 协程进行并发处理，其中 newHTTPServer 注册路由采用了 Decorate 装饰器模式(后面会进一步解析)；

// 位于 nsqd/http.go:44
router := httprouter.New()
  router.HandleMethodNotAllowed = true
  router.PanicHandler = http_api.LogPanicHandler(ctx.nsqd.logf)
  router.NotFound = http_api.LogNotFoundHandler(ctx.nsqd.logf)
  router.MethodNotAllowed = http_api.LogMethodNotAllowedHandler(ctx.nsqd.logf)
  s := &httpServer{
    ctx:         ctx,
    tlsEnabled:  tlsEnabled,
    tlsRequired: tlsRequired,
    router:      router,
  }

  router.Handle("GET", "/ping", http_api.Decorate(s.pingHandler, log, http_api.PlainText))
  router.Handle("GET", "/info", http_api.Decorate(s.doInfo, log, http_api.V1))

  // v1 negotiate
  router.Handle("POST", "/pub", http_api.Decorate(s.doPUB, http_api.V1))
  router.Handle("POST", "/mpub", http_api.Decorate(s.doMPUB, http_api.V1))
  router.Handle("GET", "/stats", http_api.Decorate(s.doStats, log, http_api.V1))

  // only v1
  router.Handle("POST", "/topic/create", http_api.Decorate(s.doCreateTopic, log, http_api.V1))
  router.Handle("POST", "/topic/delete", http_api.Decorate(s.doDeleteTopic, log, http_api.V1))

http-Decorate 路由分发

// 位于 internal/protocol/tcp_server.go:22
for {
    clientConn, err := listener.Accept()
    if err != nil {
      if nerr, ok := err.(net.Error); ok && nerr.Temporary() {
        logf(lg.WARN, "temporary Accept() failure - %s", err)
        runtime.Gosched()
        continue
      }
      // theres no direct way to detect this error because it is not exposed
      if !strings.Contains(err.Error(), "use of closed network connection") {
        return fmt.Errorf("listener.Accept() error - %s", err)
      }
      break
    }
    go handler.Handle(clientConn)
  }

如上的实现为 tcp-handler 处理的主要代码。

tcp 解析协议

tcp 解析 V2 协议，走内部协议封装的 prot.IOLoop(conn) 进行处理；

// 位于 nsqd/tcp.go:34
var prot protocol.Protocol
  switch protocolMagic {
  case "  V2":
    prot = &protocolV2{ctx: p.ctx}
  default:
    protocol.SendFramedResponse(clientConn, frameTypeError, []byte("E_BAD_PROTOCOL"))
    clientConn.Close()
    p.ctx.nsqd.logf(LOG_ERROR, "client(%s) bad protocol magic '%s'",
      clientConn.RemoteAddr(), protocolMagic)
    return
  }

  err = prot.IOLoop(clientConn)
  if err != nil {
    p.ctx.nsqd.logf(LOG_ERROR, "client(%s) - %s", clientConn.RemoteAddr(), err)
    return
  }

消息生成与消费

通过内部协议进行 p.Exec(执行命令)、p.Send(发送结果)，保证每个 nsqd 节点都能正确的进行消息生成与消费，一旦上述过程有 error 都会被捕获处理，确保分布式投递的可靠性。

// 位于 nsqd/protocol_v2.go:79
params := bytes.Split(line, separatorBytes)

    p.ctx.nsqd.logf(LOG_DEBUG, "PROTOCOL(V2): [%s] %s", client, params)

    var response []byte
    response, err = p.Exec(client, params)
    if err != nil {
      ctx := ""
      if parentErr := err.(protocol.ChildErr).Parent(); parentErr != nil {
        ctx = " - " + parentErr.Error()
      }
      p.ctx.nsqd.logf(LOG_ERROR, "[%s] - %s%s", client, err, ctx)

      sendErr := p.Send(client, frameTypeError, []byte(err.Error()))
      if sendErr != nil {
        p.ctx.nsqd.logf(LOG_ERROR, "[%s] - %s%s", client, sendErr, ctx)
        break
      }

      // errors of type FatalClientErr should forceably close the connection
      if _, ok := err.(*protocol.FatalClientErr); ok {
        break
      }
      continue
    }

    if response != nil {
      err = p.Send(client, frameTypeResponse, response)
      if err != nil {
        err = fmt.Errorf("failed to send response - %s", err)
        break
      }
    }

nsqd 也会同时开启 tcp 和 http 服务，两个服务都可以提供给生产者和消费者，http 服务还提供给 nsqadmin 获取该 nsqd 本地 topic 和 channel 信息。

小结

本文主要介绍 nsqd，总的来说 nsqd 的实现并不复杂。nsqd 是一个守护进程，负责接收（生产者 producer ）、排队（最小堆实现）、投递（消费者 consumer ）消息给客户端。nsqd 可以独立运行，但通常是由 nsqlookupd 实例所在集群配置的。

下一篇文章，将会具体分析 nsq 中其他模块实现的细节。

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