你好，我是猿java。

今天我们来一起深入分析 RocketMQ的注册中心 NameServer。

本文基于 RocketMQ release-5.2.0

首先，我们回顾下 RocketMQ的内核原理鸟瞰图：

从上面的鸟瞰图，我们可以看出：Nameserver即和 Broker交互，也和 Producer和 Consumer交互，因此，在 RocketMQ中，Nameserver起到了一个纽带性的作用。

接着，我们再看看 NameServer的工程结构，如下图：

整个工程只有 11个类（老版本好像只有不到 10个类），为什么 RocketMQ可以用如此少的 Class类，设计出如此高性能且轻量的注册中心？

我觉得最核心的有 3点是：

AP设计思想
简单的数据结构
心跳机制

`AP`设计思想 {#AP设计思想}

像 ZooKeeper，采用了 Zab (Zookeeper Atomic Broadcast) 这种比较重的协议，必须大多数节点（过半数）可用，才能确保了数据的一致性和高可用，大大增加了网络开销和复杂度。

而 NameServer遵守了 CAP理论中 AP，在一个 NameServer集群中，NameServer节点之间是P2P(Peer to Peer)的对等关系，并且 NameServer之间并没有通信，减少很多不必要的网络开销，即便只剩一个 NameServer节点也能继续工作，足以保证高可用。

数据结构 {#数据结构}

NameServer维护了一套比较简单的数据结构，内部维护了一个路由表，该路由表包含以下几个核心元数据，对应的源码类RouteInfoManager如下：

|---------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | public class RouteInfoManager { private final static long DEFAULT_BROKER_CHANNEL_EXPIRED_TIME = 1000 * 60 * 2; // broker失效时间 120s private final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock(); private final Map<String/* topic */, Map<String, QueueData>> topicQueueTable; private final Map<String/* brokerName */, BrokerData> brokerAddrTable; private final Map<String/* clusterName */, Set<String/* brokerName */>> clusterAddrTable; private final Map<BrokerAddrInfo/* brokerAddr */, BrokerLiveInfo> brokerLiveTable; private final Map<BrokerAddrInfo/* brokerAddr */, List<String>/* Filter Server */> filterServerTable; } |

topicQueueTable： Topic消息队列路由信息，消息发送时根据路由表进行负载均衡
brokerAddrTable： Broker基础信息，包括brokerName、所属集群名称、主备Broker地址
clusterAddrTable： Broker集群信息，存储集群中所有Broker名称
brokerLiveTable： Broker状态信息，NameServer每次收到心跳包是会替换该信息
filterServerTable： Broker上的FilterServer列表，用于过滤标签（Tag）或 SQL表达式，以减轻 Consumer的负担，提高消息消费的效率。

TopicRouteData {#TopicRouteData}

TopicRouteData是 NameServer中最重要的数据结构之一，它包括了 Topic对应的所有 Broker信息以及每个 Broker上的队列信息，filter服务器列表，其源码如下：

|-----------------------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 | public class TopicRouteData { private List<QueueData> queueDatas; private List<BrokerData> brokerDatas; private HashMap<String, List<String>> filterServerTable; //It could be null or empty private Map<String/*brokerName*/, TopicQueueMappingInfo> topicQueueMappingByBroker; } |

BrokerData {#BrokerData}

BrokerData包含了 Broker的基本属性，状态，所在集群以及 Broker服务器的 IP地址，其源码如下：

|---------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 | public class BrokerData { private String cluster;//所在的集群 private String brokerName;//所在的brokerName private HashMap<Long, String> brokerAddrs;//该broker对应的机器IP列表 private String zoneName; // 区域名称 } |

QueueData {#QueueData}

QueueData包含了 BrokerName，readQueue的数量，writeQueue的数量等信息，对应的源码类是QueueData，其源码如下：

|-----------------------|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 | public class QueueData { private String brokerName;//所在的brokerName private int readQueueNums;// 读队列数量 private int writeQueueNums;// 写队列数量 private int perm; // 读写权限，参考PermName 类 private int topicSysFlag; // topic同步标记，参考TopicSysFlag 类 } |

元数据举例 {#元数据举例}

为了更好地理解元数据，这里对每一种元数据都给出一个数据实例：

|---------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | topicQueueTable:{ "topicA":[ { "brokeName":"broker-a", "readQueueNums":4, "writeQueueNums":4, "perm":6, "topicSyncFlag":0 }, { "brokeName":"broker-b", "readQueueNums":4, "writeQueueNums":4, "perm":6, "topicSyncFlag":0 } ], "topicB":[] } |

|------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | brokeAddrTable:{ "broker-a":{ "cluster":"cluster-1", "brokerName":"broker-a", "brokerAddrs":{ 0:"192.168.0.1:8000", 1:"192.168.0.2:8000" } }, "broker-b":{ "cluster":"cluster-1", "brokerName":"broker-b", "brokerAddrs":{ 0:"192.168.0.3:8000", 1:"192.168.0.4:8000" } } } |

|------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | brokerLiveTable:{ "192.168.0.1:8000":{ "lastUpdateTimestamp":1533434434344,//long 的时间戳 "dataVersion":dataVersionObj, //参考DataVersion类 "channel":channelObj,// 参考io.netty.channel.Channel "haServerAddr":"192.168.0.2:8000" }, "192.168.0.2:8000":{ "lastUpdateTimestamp":1533434434344,//long 的时间戳 "dataVersion":dataVersionObj, //参考DataVersion类 "channel":channelObj,// 参考io.netty.channel.Channel "haServerAddr":"192.168.0.1:8000" }, "192.168.0.3:8000":{ }, "192.168.0.4:8000":{ }, } |

|-----------------|---------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 | clusterAddrTable:{ "cluster-1":[{"broker-a"},{"broker-b"}], "cluster-2":[], } |

|-----------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 | filterServerTable:{ "192.168.0.1:8000":[{"192.168.0.1:7000"}{"192.168.0.1:9000"}], "192.168.0.2:8000":[{"192.168.0.2:7000"}{"192.168.0.2:9000"}], } |

心跳机制 {#心跳机制}

心跳机制是 NameServer维护 Broker的路由信息最重要的一个抓手，主要分为接收心跳、处理心跳、心跳超时 3部分：

接收心跳 {#接收心跳}

Broker每 30s会向所有的 NameServer发送心跳包，告诉它们自己还存活着，从而更新自己在 NameServer的状态，整体交互如下图：

处理心跳 {#处理心跳}

NameServer收到心跳包时会更新 brokerLiveTable缓存中 BrokerLiveInfo的 lastUpdateTimeStamp信息，整体交互如下图：

处理逻辑可以参考源码：
org.apache.rocketmq.namesrv.processor.DefaultRequestProcessor#processRequest#brokerHeartbeat:

|------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | public RemotingCommand brokerHeartbeat(ChannelHandlerContext ctx, RemotingCommand request) throws RemotingCommandException { final RemotingCommand response = RemotingCommand.createResponseCommand(null); final BrokerHeartbeatRequestHeader requestHeader = (BrokerHeartbeatRequestHeader) request.decodeCommandCustomHeader(BrokerHeartbeatRequestHeader.class); this.namesrvController.getRouteInfoManager().updateBrokerInfoUpdateTimestamp(requestHeader.getClusterName(), requestHeader.getBrokerAddr()); response.setCode(ResponseCode.SUCCESS); response.setRemark(null); return response; } |

心跳超时 {#心跳超时}

NameServer每隔 10s(每隔5s + 5s延迟)扫描 brokerLiveTable检查 Broker的状态，如果在 120s内未收到 Broker心跳，则认为 Broker异常，会从路由表将该 Broker摘除并关闭 Socket连接，同时还会更新路由表的其他信息，整体交互如下图：

|-----------------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 | private void startScheduleService() { this.scanExecutorService.scheduleAtFixedRate(NamesrvController.this.routeInfoManager::scanNotActiveBroker, 5, this.namesrvConfig.getScanNotActiveBrokerInterval(), TimeUnit.MILLISECONDS); } |

源码参考：org.apache.rocketmq.namesrv.routeinfo.RouteInfoManager#unRegisterBroker()，核心流程：

遍历brokerAddrTable
遍历broker地址
根据 broker地址移除 brokerAddr
如果当前 Topic只包含待移除的 Broker,则移除该 Topic

其他核心源码解读 {#其他核心源码解读}

NameServer启动 {#NameServer启动}

NameServer的启动类为：org.apache.rocketmq.namesrv.NamesrvStartup，整个流程如下图：

NameServer启动最核心的 3个事情是：

加载配置：NameServerConfig、NettyServerConfig主要是映射配置文件，并创建 NamesrvController。
启动 Netty通信服务：NettyRemotingServer是 NameServer和Broker，Producer，Consumer通信的底层通道 Netty服务器。
启动定时器和钩子程序：NameServerController实例一方面处理 Netty接收到消息后，一方面内部有多个定时器和钩子程序，它是 NameServer的核心控制器。