✔ ★Java项目——设计一个消息队列(四)【整合数据库和文件、内存数据结构设计】

news2024/10/7 6:44:12

设计一个消息队列

  • ⼋. 整合数据库和⽂件
        • 上述代码中, 使⽤数据库存储了 Exchange, Queue, Binding, 使⽤⽂本⽂件存储了 Message.
        • 接下来我们把两个部分整合起来, 统⼀进⾏管理.
    • 创建 DiskDataCenter
      • 封装 Exchange ⽅法
      • 封装 Queue ⽅法
      • 封装 Binding ⽅法
      • 封装 Message ⽅法
  • ⼩结
  • 九. 内存数据结构设计
    • 创建 MemoryDataCenter
    • 封装 Exchange ⽅法
    • 封装 Queue ⽅法
    • 封装 Binding ⽅法
    • 封装 Message ⽅法
    • 针对未确认的消息的处理
    • 实现重启后恢复内存
    • 测试 MemoryDataCenter

⼋. 整合数据库和⽂件

上述代码中, 使⽤数据库存储了 Exchange, Queue, Binding, 使⽤⽂本⽂件存储了 Message.
接下来我们把两个部分整合起来, 统⼀进⾏管理.

创建 DiskDataCenter

使⽤ DiskDataCenter 来综合管理数据库和⽂本⽂件的内容.
DiskDataCenter 会持有 DataBaseManager 和 MessageFileManager 对象
在这里插入图片描述
实现 initDir
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封装 Exchange ⽅法

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封装 Queue ⽅法

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创建/删除队列的时候同时创建/删除队列⽬录.

封装 Binding ⽅法

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封装 Message ⽅法

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在 deleteMessage 的时候判定是否进⾏ GC

⼩结

通过上述封装, 把数据库和硬盘⽂件两部分合并成⼀个整体. 上层代码在调⽤的时候则不再关⼼该数据
是存储在哪个部分的.

九. 内存数据结构设计

硬盘上存储数据, 只是为了实现 “持久化” 这样的效果. 但是实际的消息存储/转发, 还是主要靠内存的结
构.
对于 MQ 来说, 内存部分是更关键的, 内存速度更快, 可以达成更⾼的并发

创建 MemoryDataCenter

创建 mqserver.datacenter.MemoryDataCenter
在这里插入图片描述
• 使⽤四个哈希表, 管理 Exchange, Queue, Binding, Message.
• 使⽤⼀个哈希表 + 链表管理 队列 -> 消息 之间的关系.
• 使⽤⼀个哈希表 + 哈希表管理所有的未被确认的消息.

为了保证消息被正确消费了, 会使⽤两种⽅式进⾏确认. ⾃动 ACK 和 ⼿动 ACK.
其中⾃动 ACK 是指当消息被消费之后, 就会⽴即被销毁释放.
其中⼿动 ACK 是指当消息被消费之后, 由消费者主动调⽤⼀个 basicAck ⽅法, 进⾏主动确认. 服务器
收到这个确认之后, 才能真正销毁消息.
此处的 “未确认消息” 就是指在⼿动 ACK 模式下, 该消息还没有被调⽤ basicAck. 此时消息不能删除,
但是要和其他未消费的消息区分开. 于是另搞了个结构.
当后续 basicAck 到了, 就可以删除消息了

封装 Exchange ⽅法

在这里插入图片描述

封装 Queue ⽅法

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封装 Binding ⽅法

在这里插入图片描述

封装 Message ⽅法

在这里插入图片描述

针对未确认的消息的处理

在这里插入图片描述

实现重启后恢复内存

在这里插入图片描述

测试 MemoryDataCenter

创建 MemoryDataCenterTests

package com.example.mq;

import com.example.mq.common.MqException;
import com.example.mq.mqserver.core.*;
import com.example.mq.mqserver.datacenter.DiskDataCenter;
import com.example.mq.mqserver.datacenter.MemoryDataCenter;
import org.apache.tomcat.util.http.fileupload.FileUtils;
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.Assertions;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

@SpringBootTest
public class MemoryDataCenterTests {
    private MemoryDataCenter memoryDataCenter = null;

    @BeforeEach
    public void setUp() {
        memoryDataCenter = new MemoryDataCenter();
    }

    @AfterEach
    public void tearDown() {
        memoryDataCenter = null;
    }

    // 创建一个测试交换机
    private Exchange createTestExchange(String exchangeName) {
        Exchange exchange = new Exchange();
        exchange.setName(exchangeName);
        exchange.setType(ExchangeType.DIRECT);
        exchange.setAutoDelete(false);
        exchange.setDurable(true);
        return exchange;
    }

    // 创建一个测试队列
    private MSGQueue createTestQueue(String queueName) {
        MSGQueue queue = new MSGQueue();
        queue.setName(queueName);
        queue.setDurable(true);
        queue.setExclusive(false);
        queue.setAutoDelete(false);
        return queue;
    }

    // 针对交换机进行测试
    @Test
    public void testExchange() {
        // 1. 先构造一个交换机并插入.
        Exchange expectedExchange = createTestExchange("testExchange");
        memoryDataCenter.insertExchange(expectedExchange);
        // 2. 查询出这个交换机, 比较结果是否一致. 此处直接比较这俩引用指向同一个对象.
        Exchange actualExchange = memoryDataCenter.getExchange("testExchange");
        Assertions.assertEquals(expectedExchange, actualExchange);
        // 3. 删除这个交换机
        memoryDataCenter.deleteExchange("testExchange");
        // 4. 再查一次, 看是否就查不到了
        actualExchange = memoryDataCenter.getExchange("testExchange");
        Assertions.assertNull(actualExchange);
    }

    // 针对队列进行测试
    @Test
    public void testQueue() {
        // 1. 构造一个队列, 并插入
        MSGQueue expectedQueue = createTestQueue("testQueue");
        memoryDataCenter.insertQueue(expectedQueue);
        // 2. 查询这个队列, 并比较
        MSGQueue actualQueue = memoryDataCenter.getQueue("testQueue");
        Assertions.assertEquals(expectedQueue, actualQueue);
        // 3. 删除这个队列
        memoryDataCenter.deleteQueue("testQueue");
        // 4. 再次查询队列, 看是否能查到
        actualQueue = memoryDataCenter.getQueue("testQueue");
        Assertions.assertNull(actualQueue);
    }

    // 针对绑定进行测试
    @Test
    public void testBinding() throws MqException {
        Binding expectedBinding = new Binding();
        expectedBinding.setExchangeName("testExchange");
        expectedBinding.setQueueName("testQueue");
        expectedBinding.setBindingKey("testBindingKey");
        memoryDataCenter.insertBinding(expectedBinding);

        Binding actualBinding = memoryDataCenter.getBinding("testExchange", "testQueue");
        Assertions.assertEquals(expectedBinding, actualBinding);

        ConcurrentHashMap<String, Binding> bindingMap = memoryDataCenter.getBindings("testExchange");
        Assertions.assertEquals(1, bindingMap.size());
        Assertions.assertEquals(expectedBinding, bindingMap.get("testQueue"));

        memoryDataCenter.deleteBinding(expectedBinding);

        actualBinding = memoryDataCenter.getBinding("testExchange", "testQueue");
        Assertions.assertNull(actualBinding);
    }

    private Message createTestMessage(String content) {
        Message message = Message.createMessageWithId("testRoutingKey", null, content.getBytes());
        return message;
    }

    @Test
    public void testMessage() {
        Message expectedMessage = createTestMessage("testMessage");
        memoryDataCenter.addMessage(expectedMessage);

        Message actualMessage = memoryDataCenter.getMessage(expectedMessage.getMessageId());
        Assertions.assertEquals(expectedMessage, actualMessage);

        memoryDataCenter.removeMessage(expectedMessage.getMessageId());

        actualMessage = memoryDataCenter.getMessage(expectedMessage.getMessageId());
        Assertions.assertNull(actualMessage);
    }

    @Test
    public void testSendMessage() {
        // 1. 创建一个队列, 创建 10 条消息, 把这些消息都插入队列中.
        MSGQueue queue = createTestQueue("testQueue");
        List<Message> expectedMessages = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Message message = createTestMessage("testMessage" + i);
            memoryDataCenter.sendMessage(queue, message);
            expectedMessages.add(message);
        }

        // 2. 从队列中取出这些消息.
        List<Message> actualMessages = new ArrayList<>();
        while (true) {
            Message message = memoryDataCenter.pollMessage("testQueue");
            if (message == null) {
                break;
            }
            actualMessages.add(message);
        }

        // 3. 比较取出的消息和之前的消息是否一致.
        Assertions.assertEquals(expectedMessages.size(), actualMessages.size());
        for (int i = 0; i < expectedMessages.size(); i++) {
            Assertions.assertEquals(expectedMessages.get(i), actualMessages.get(i));
        }
    }

    @Test
    public void testMessageWaitAck() {
        Message expectedMessage = createTestMessage("expectedMessage");
        memoryDataCenter.addMessageWaitAck("testQueue", expectedMessage);

        Message actualMessage = memoryDataCenter.getMessageWaitAck("testQueue", expectedMessage.getMessageId());
        Assertions.assertEquals(expectedMessage, actualMessage);

        memoryDataCenter.removeMessageWaitAck("testQueue", expectedMessage.getMessageId());
        actualMessage = memoryDataCenter.getMessageWaitAck("testQueue", expectedMessage.getMessageId());
        Assertions.assertNull(actualMessage);
    }

    @Test
    public void testRecovery() throws IOException, MqException, ClassNotFoundException {
        // 由于后续需要进行数据库操作, 依赖 MyBatis. 就需要先启动 SpringApplication, 这样才能进行后续的数据库操作.
        MqApplication.context = SpringApplication.run(MqApplication.class);

        // 1. 在硬盘上构造好数据
        DiskDataCenter diskDataCenter = new DiskDataCenter();
        diskDataCenter.init();

        // 构造交换机
        Exchange expectedExchange = createTestExchange("testExchange");
        diskDataCenter.insertExchange(expectedExchange);

        // 构造队列
        MSGQueue expectedQueue = createTestQueue("testQueue");
        diskDataCenter.insertQueue(expectedQueue);

        // 构造绑定
        Binding expectedBinding = new Binding();
        expectedBinding.setExchangeName("testExchange");
        expectedBinding.setQueueName("testQueue");
        expectedBinding.setBindingKey("testBindingKey");
        diskDataCenter.insertBinding(expectedBinding);

        // 构造消息
        Message expectedMessage = createTestMessage("testContent");
        diskDataCenter.sendMessage(expectedQueue, expectedMessage);

        // 2. 执行恢复操作
        memoryDataCenter.recovery(diskDataCenter);

        // 3. 对比结果
        Exchange actualExchange = memoryDataCenter.getExchange("testExchange");
        Assertions.assertEquals(expectedExchange.getName(), actualExchange.getName());
        Assertions.assertEquals(expectedExchange.getType(), actualExchange.getType());
        Assertions.assertEquals(expectedExchange.isDurable(), actualExchange.isDurable());
        Assertions.assertEquals(expectedExchange.isAutoDelete(), actualExchange.isAutoDelete());

        MSGQueue actualQueue = memoryDataCenter.getQueue("testQueue");
        Assertions.assertEquals(expectedQueue.getName(), actualQueue.getName());
        Assertions.assertEquals(expectedQueue.isDurable(), actualQueue.isDurable());
        Assertions.assertEquals(expectedQueue.isAutoDelete(), actualQueue.isAutoDelete());
        Assertions.assertEquals(expectedQueue.isExclusive(), actualQueue.isExclusive());

        Binding actualBinding = memoryDataCenter.getBinding("testExchange", "testQueue");
        Assertions.assertEquals(expectedBinding.getExchangeName(), actualBinding.getExchangeName());
        Assertions.assertEquals(expectedBinding.getQueueName(), actualBinding.getQueueName());
        Assertions.assertEquals(expectedBinding.getBindingKey(), actualBinding.getBindingKey());

        Message actualMessage = memoryDataCenter.pollMessage("testQueue");
        Assertions.assertEquals(expectedMessage.getMessageId(), actualMessage.getMessageId());
        Assertions.assertEquals(expectedMessage.getRoutingKey(), actualMessage.getRoutingKey());
        Assertions.assertEquals(expectedMessage.getDeliverMode(), actualMessage.getDeliverMode());
        Assertions.assertArrayEquals(expectedMessage.getBody(), actualMessage.getBody());

        // 4. 清理硬盘的数据, 把整个 data 目录里的内容都删掉(包含了 meta.db 和 队列的目录).
        MqApplication.context.close();
        File dataDir = new File("./data");
        FileUtils.deleteDirectory(dataDir);
    }
}

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