Message 存储

由于 Message 以后会是一个比较庞大的数据, 放在数据库里并不合适,  因此我们要将它放在二进制文件中

因为 Message 和 Queue 是捆绑在一起的, 因此我们将目录名设置成 QueueName, 然后这些目录是存储在之前的 data 里

就像这样:

在 testQueue 中有包含两个文件:

queue_data.txt 和 queue_stat.txt 

queue_data.txt 中包含的是消息具体内容

然后我们规定在消息具体内容中的数据存储方式:

 前面是消息长度, 后面接上消息的二进制数据, 这样才取出数据的时候也能计算出这些消息的 

offsetBeg 和 offsetEnd

queue_stat.txt 中包含的是总数据数和有效数据数

因为我们在进行文件中消息的删除时不可能直接进行删除, 我们要做的就是把消息给拿出来, 将属性isvalid 设为 false, 再放回去, 同时有效数据数 -1 这样就相当于消息已经被删除了

MessageFileManager

在 datacenter 中创建一个 MessageFileManager 的类

先写对文件和目录进行创建的方法:

    // 定义一个内部类, 来标识该队列的统计消息
    // 使用 static, 静态内部类
    static public class Stat{
        public int totalCount;
        public int validCount;
    }

    // 获得消息所在的路径, 里面有 queue_data.txt 和 queue_stat.txt
    private String getMessageDir(String queueName){
        return "./data/" + queueName;
    }

    // 获得 queue_data.txt 路径
    private String getMessageDataPath(String queueName){
        return getMessageDir(queueName) + "/queue_data.txt";
    }

    // 获得 queue_stat.txt 路径
    private String getMessageStatPath(String queueName){
        return getMessageDir(queueName) + "./queue_stat.txt";
    }

    private void writeStat(String queueName, Stat stat) throws IOException {
        File statFile = new File(getMessageStatPath(queueName));
        try(OutputStream outputStream = new FileOutputStream(statFile)){
            try(PrintWriter printWriter = new PrintWriter(outputStream)){
                printWriter.write(stat.totalCount+"\t"+stat.validCount);
                printWriter.flush();
            }
        }
    }

    // 创建对应的文件和目录
    public void createMessageFiles(String queueName) throws MqException, IOException {
        // 查看目录在不在, 不在就创建
        File baseDir = new File(getMessageDir(queueName));
        if(!baseDir.exists()){
            boolean ok = baseDir.mkdirs();
            if(!ok){
                throw new MqException("[MessageFileManager] 目录创建失败 queueName=" + queueName);
            }
        }
        // 创建 queue_data.txt
        File dataFile =  new File(getMessageDataPath(queueName));
        if(!dataFile.exists()){
            boolean ok = dataFile.createNewFile();
            if(!ok){
                throw new MqException("[MessageFileManager] queue_data.txt 创建失败 queueName=" + queueName);
            }
        }
        // 创建 queue_stat.txt
        File statFile = new File(getMessageStatPath(queueName));
        if(!dataFile.exists()){
            boolean ok = statFile.createNewFile();
            if(!ok){
                throw new MqException("[MessageFileManager] queue_stat.txt 创建失败 queueName=" + queueName);
            }
        }
        // 给queue_stat.txt 中插入初始值
        Stat stat = new Stat();
        stat.totalCount = 0;
        stat.validCount = 0;
        writeStat(queueName, stat);
    }

    // 销毁 queueName 对应的文件和目录
    public void destroyMessageFile(String queueName) throws MqException {
        // 先销毁 queue_data.txt 和 queue_stat.txt
        File dataFile = new File(getMessageDataPath(queueName));
        if(dataFile.exists()){
            boolean ok = dataFile.delete();
            if(!ok){
                throw new MqException("[MessageFileManager] queue_data.file销毁失败 queueName=" + queueName);
            }
        }

        File statFile = new File(getMessageStatPath(queueName));
        if(dataFile.delete()){
            boolean ok = statFile.delete();
            if(!ok){
                throw new MqException("[MessageFileManager] queue_stat.txt销毁失败 queueName=" + queueName);
            }
        }

        File baseDir = new File(getMessageDir(queueName));
        if(baseDir.exists()){
            boolean ok = baseDir.delete();
            if(!ok){
                throw new MqException("[MessageFileManager] 目录销毁失败 queueName=" + queueName);
            }
        }
    }

注: 这里的 MqException 是我们自己创建的 Exception

在 common 里进行创建 MqException:

往里面存数据:

因为要存二进制数据, 因此我们要再存之前要将 message 转换成 byte[] 然后存进去, 这就是序列化

    // 检查目录和文件是否存在
    public boolean checkFilesExits(String queueName) {
        // 判定队列的数据文件和统计文件是否都存在!!
        File queueDataFile = new File(getMessageDataPath(queueName));
        if (!queueDataFile.exists()) {
            return false;
        }
        File queueStatFile = new File(getMessageStatPath(queueName));
        if (!queueStatFile.exists()) {
            return false;
        }
        return true;
    }

    private Stat readStat(String queueName) throws IOException {
        // 由于当前消息统计文件是文本文件, 可以直接使用 Scanner 来读取文件内容
        Stat stat = new Stat();
        File statFile = new File(getMessageStatPath(queueName));
        try(InputStream inputStream = new FileInputStream(statFile)){
            try(Scanner scanner = new Scanner(inputStream)){
                stat.totalCount = scanner.nextInt();
                stat.validCount = scanner.nextInt();
            }
        }
        return stat;
    }

    public void sendMessage(MSGQueue queue, Message message) throws MqException, IOException {
        // 检查当前要写的文件是否存在
        if(!checkFilesExits(queue.getName())){
            throw new MqException("[MessageFileManager] 要写入的文件不存在 queueName=" +queue.getName());
        }
        // 把 message 序列化
        byte[] messageBinary = BinaryTool.toBytes(message);
        synchronized (queue){
            // 先获取到当前队列数据文件的长度, 用来计算出该 Message 对象的 offsetBeg 和 offsetEnd
            // 把新的 Message 数据, 写入到队列数据文件的末尾. 此时 Message 对象的 offsetNeg, 就是当前文件长度 + 4
            // offsetEnd 就是当前文件长度 + 4 + message 自身长度
            File dataFile = new File(getMessageDataPath(queue.getName()));
            message.setOffsetBeg(dataFile.length()+4);
            message.setOffsetEnd(dataFile.length()+4+messageBinary.length);
            // message 写入
            try(OutputStream outputStream = new FileOutputStream(dataFile)){
                try(DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream)){
                    // 写入长度
                    dataOutputStream.writeInt(messageBinary.length);
                    // 写入消息本体
                    dataOutputStream.write(messageBinary);
                }
            }
            // 改变 stat 里的值
            Stat stat = readStat(queue.getName());
            stat.totalCount++;
            stat.validCount++;
            writeStat(queue.getName(), stat);
        }

    }

 删除消息:

这里涉及到我们的反序列化:

// 通过将 message 拿出来, 然后将 iSValid 设成 null
    // 在写入进行
    public void deleteMessage(MSGQueue queue, Message message) throws MqException, IOException, ClassNotFoundException {
        if(!checkFilesExits(queue.getName())){
            throw new MqException("[MessageFileManager] 要删除消息的文件不存在 queueName=" +queue.getName());
        }
        File dataFile = new File(getMessageDataPath(queue.getName()));
        synchronized (queue){
            try(RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile(dataFile, "rw")){
                // 1. 先从文件中读取对应的 Message 数据, 这里会把 buffSrc 给装满
                byte[] bufferSrc = new byte[(int)(message.getOffsetEnd()- message.getOffsetBeg())];
                randomAccessFile.seek(message.getOffsetBeg());
                randomAccessFile.read(bufferSrc);
                // 2. 把当前读出来的二进制数据转换成 Message 对象
                Message diskMessage = (Message) BinaryTool.fromBytes(bufferSrc);
                // 3. 把 isValid 设置成无效
                diskMessage.setIsValid((byte)0x0);
                // 4. 重新写入文件
                byte[] bufferDest = BinaryTool.toBytes(diskMessage);
                // 上面在读之后, 光标移到了下一个消息的位置
                // 因此先将光标移回来
                randomAccessFile.seek(message.getOffsetBeg());
                randomAccessFile.write(bufferDest);
            }
            // 更新统计文件
            Stat stat = readStat(queue.getName());
            if(stat.validCount > 0){
                stat.validCount--;
            }
            writeStat(queue.getName(), stat);
        }
    }

得到指定目录中的所有消息:

// 将所有消息内容加载到内存中
    // 这个方法准备在程序启动时调用
    // 使用 LinkedList, 主要目的是为了进行头删操作
    // 由于是在程序启动时进行调用, 此时服务器还不能处理请求, 因此不需要进行加锁
    public LinkedList<Message> loadAllMessageFromQueue(String queueName) throws IOException, ClassNotFoundException, MqException {
        LinkedList<Message> messages = new LinkedList<>();
        try(InputStream inputStream = new FileInputStream(getMessageDataPath(queueName))){
            try(DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(inputStream)){
                // 记录当前文件光标
                long currentOffset = 0;
                // 循环读取消息
                while(true){
                    // 1. 读取当前消息的长度, 这里的 readInt 会读到文章末尾后
                    // 因此会抛出 EOFException 异常,
                    int messageSize = dataInputStream.readInt();
                    // 2. 按照长度读取到消息
                    byte[] buffer = new byte[messageSize];
                    int actualSize = dataInputStream.read(buffer);
                    if(messageSize != actualSize){
                        throw new MqException("[MessageFileManager] 文件格式错误! queueName=" + queueName);
                    }
                    // 3. 将读到的二进制数据反序列化会 Message对象
                    Message message = (Message) BinaryTool.fromBytes(buffer);
                    // 4. 判定一下看这个消息对象是不是无效对象
                    if(message.getIsValid() != 0x1){
                        // 虽然是无效内容, 但也要将 offset 更新
                        currentOffset += (4 + messageSize);
                        continue;
                    }
                    // 5. 有效数据则将其加入链表中, 加入前计算 offsetBeg 和 offsetEnd
                    message.setOffsetBeg(currentOffset + 4);
                    message.setOffsetBeg(currentOffset + 4 + messageSize);
                    currentOffset += (4 + messageSize);
                    messages.add(message);

                }
            } catch (EOFException e) {
                // 这里的 catch 是预料中的情况, 是正常的业务逻辑
                // 因此不需要去处理
                System.out.println("[MessageFileManager] 恢复 Message 数据完成 queueName=" + queueName);
            }
        }
        return messages;
    }

垃圾回收(gc)

这里的垃圾回收策略是: 当总消息数大于 2000 条时, 有效消息数小于一半时. 进行垃圾回收

// GC回收策略
    // 约定当消息大于 2000 条并且 有效消息 < 1/2 时 进行 gc
    public boolean checkGC(String queueName) throws IOException {
        // 判定是否要 GC
        Stat stat = readStat(queueName);
        if (stat.totalCount > 2000 && stat.totalCount / stat.validCount > 2) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    private String getQueueDataNewPath(String queueName){
        return getMessageDir(queueName) + "/queue_data_new.txt";
    }

    // 使用复制算法进行gc
    // 创建新文件 queue_data_new.txt, 将消息放入
    // 删除 queue_data.txt
    // 将 queue_data_new.txt 改为 queue_data.txt
    public void gc(MSGQueue queue) throws IOException, MqException, ClassNotFoundException {
        synchronized (queue){
            // 计算一下gc消耗的时间
            long gcBeg = System.currentTimeMillis();

            // 1. 创建一个新文件
            File dataNewFile = new File(getQueueDataNewPath(queue.getName()));
            if(dataNewFile.exists()){
                // 如果存在说明之前 gc 到一半, 程序崩溃了
                throw new MqException("[MessageFIleManager] gc 时发现 queue_data_new.txt 存在! queueName=" + queue.getName());
            }
            boolean ok = dataNewFile.createNewFile();
            if(!ok){
                throw new MqException("[MessageFileManager] 创建 queue_data_new.txt 失败! DataNewFile=" + dataNewFile.getAbsolutePath());
            }

            // 2. 从旧的文件中, 读取出所有的有效消息对象(这个方法已经去除掉无效对象了)
            LinkedList<Message> messages = loadAllMessageFromQueue(queue.getName());

            // 3. 将 isValid = true 的消息写入新文件
            try(OutputStream outputStream = new FileOutputStream(dataNewFile)){
                try (DataOutputStream dataOutputStream = new DataOutputStream(outputStream)){
                    for(Message message : messages){
                        byte[] buffer = BinaryTool.toBytes(message);
                        // 先写消息长度
                        dataOutputStream.writeInt(buffer.length);
                        dataOutputStream.write(buffer);
                    }
                }
            }
            // 4. 删除旧的数据文件, 并且把新的文件重新命名
            File dataOldFile = new File(getMessageDataPath(queue.getName()));
            ok = dataOldFile.delete();
            if(!ok){
                throw new MqException("[MessageFileManager] 删除旧的数据文件失败! dataOldFile=" + dataOldFile.getAbsolutePath());
            }
            // 把 queue_data_new.txt -> queue_data.txt
            ok = dataNewFile.renameTo(dataOldFile);
            if(!ok){
                throw new MqException("[MessageFileManager] 文件重命名失败! dataNameFile=" + dataNewFile.getAbsolutePath());
            }

            // 更新统计文件
            Stat stat = readStat(queue.getName());
            stat.totalCount = messages.size();
            stat.validCount = messages.size();
            writeStat(queue.getName(), stat);
            System.out.println("[MessageFileManager] 垃圾回收完成 queueName=" + queue.getName());
        }
    }