nsq源码-diskqueue

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一、队列存储

队列的特征是先入先出，也就是写入是从后面写入，读取是从前面读取
我们平时写的队列一般是放到内存里面，比如一个大的动态数组
这里如果队列中的数据很大，diskqueue则是将这个动态数组拆成了好多个文件来存储队列中的数据

如果队列是放在内存数组中，那么队列只需要记录两个属性，一个头的位置，一个是尾的位置，
队列大小depth = 头位置 - 尾位置

但是由于diskqueue是将数组保存在多个文件中
所以diskqueue就会有五个属性： 头所在的文件，头在文件中的位置，尾所在的文件，尾在文件中的位置，还有就是depth标识头和尾中间的数据数量
这五个数据作为diskqueue的元数据单独保存在一个文件里面。
所以New一个diskqueue的时候先要这几个元数据读取出来

func New(name string, dataPath string, maxBytesPerFile int64,
	minMsgSize int32, maxMsgSize int32,
	syncEvery int64, syncTimeout time.Duration, logf AppLogFunc) Interface {
	d := diskQueue{
		//名称
		name:              name,
		//文件保存路径
		dataPath:          dataPath,
		//每个文件大小最大值，超过要重新开启一个文件
		maxBytesPerFile:   maxBytesPerFile,
		//写入消息最小大小
		minMsgSize:        minMsgSize,
		//写入消息最大大小
		maxMsgSize:        maxMsgSize,
		readChan:          make(chan []byte),
		writeChan:         make(chan []byte),
		writeResponseChan: make(chan error),
		emptyChan:         make(chan int),
		emptyResponseChan: make(chan error),
		exitChan:          make(chan int),
		exitSyncChan:      make(chan int),
		syncEvery:         syncEvery,
		syncTimeout:       syncTimeout,
		logf:              logf,
	}

	// 读取队列数据
	err := d.retrieveMetaData()
	if err != nil && !os.IsNotExist(err) {
		d.logf(ERROR, "DISKQUEUE(%s) failed to retrieveMetaData - %s", d.name, err)
	}

	go d.ioLoop()
	return &d
}

// 读取队列数据
func (d *diskQueue) retrieveMetaData() error {
	var f *os.File
	var err error

	fileName := d.metaDataFileName()
	f, err = os.OpenFile(fileName, os.O_RDONLY, 0600)
	if err != nil {
		return err
	}
	defer f.Close()

	//队列写入和读取位置中间有多少条数据，也就是队列的大小
	var depth int64
	//读取队列核心数据
	//当前读取文件是哪个，读取位置是哪里
	//当前写入的文件是哪个，写入文件位置
	_, err = fmt.Fscanf(f, "%d
%d,%d
%d,%d
",
		&depth,
		&d.readFileNum, &d.readPos,
		&d.writeFileNum, &d.writePos)
	if err != nil {
		return err
	}
	atomic.StoreInt64(&d.depth, depth)

	//下一个读取文件
	d.nextReadFileNum = d.readFileNum
	//下一个读取位置
	d.nextReadPos = d.readPos

	return nil
}

二、写入队列

func (d *diskQueue) writeOne(data []byte) error {
	var err error

	// 当前写入文件是否打开，没有则打开当前写入文件
	if d.writeFile == nil {
		curFileName := d.fileName(d.writeFileNum)
		d.writeFile, err = os.OpenFile(curFileName, os.O_RDWR|os.O_CREATE, 0600)
		if err != nil {
			return err
		}

		d.logf(INFO, "DISKQUEUE(%s): writeOne() opened %s", d.name, curFileName)

		//如果当前写入位置大于0，则将文件位置移动到写入位置点
		if d.writePos > 0 {
			_, err = d.writeFile.Seek(d.writePos, 0)
			if err != nil {
				d.writeFile.Close()
				d.writeFile = nil
				return err
			}
		}
	}

	dataLen := int32(len(data))

	//判断消息大小是否合法
	if dataLen < d.minMsgSize || dataLen > d.maxMsgSize {
		return fmt.Errorf("invalid message write size (%d) maxMsgSize=%d", dataLen, d.maxMsgSize)
	}

	//将缓冲区清空
	d.writeBuf.Reset()
	//将消息大小写入缓冲区
	err = binary.Write(&d.writeBuf, binary.BigEndian, dataLen)
	if err != nil {
		return err
	}

	//将消息写入缓冲区
	_, err = d.writeBuf.Write(data)
	if err != nil {
		return err
	}

	// only write to the file once
	//将缓冲区关联到文件
	_, err = d.writeFile.Write(d.writeBuf.Bytes())
	if err != nil {
		d.writeFile.Close()
		d.writeFile = nil
		return err
	}

	//计算总大小
	totalBytes := int64(4 + dataLen)
	d.writePos += totalBytes
	//队列消息数量+1
	atomic.AddInt64(&d.depth, 1)

	//如果写入位置大于了文件最大大小
	if d.writePos >= d.maxBytesPerFile {
		//将当前写入文件+1
		d.writeFileNum++
		//当前写入位置重置为0
		d.writePos = 0

		// sync every time we start writing to a new file
		//将缓存数据写入到磁盘
		err = d.sync()
		if err != nil {
			d.logf(ERROR, "DISKQUEUE(%s) failed to sync - %s", d.name, err)
		}

		if d.writeFile != nil {
			d.writeFile.Close()
			d.writeFile = nil
		}
	}

	return err
}

读取队列

func (d *diskQueue) readOne() ([]byte, error) {
	var err error
	var msgSize int32

	// 当前读取文件是否打开，没有则打开当前文件
	if d.readFile == nil {
		// 打开读取的文件（也就是当前队列头所在的文件），如果文件大小到达上线maxBytesPerFile，readFileNum加一
		curFileName := d.fileName(d.readFileNum)
		d.readFile, err = os.OpenFile(curFileName, os.O_RDONLY, 0600)
		if err != nil {
			return nil, err
		}

		d.logf(INFO, "DISKQUEUE(%s): readOne() opened %s", d.name, curFileName)

		//当前队列头在当前读取文件的位置
		if d.readPos > 0 {
			_, err = d.readFile.Seek(d.readPos, 0)
			if err != nil {
				d.readFile.Close()
				d.readFile = nil
				return nil, err
			}
		}

		d.reader = bufio.NewReader(d.readFile)
	}

	// 先读取出消息的大小
	err = binary.Read(d.reader, binary.BigEndian, &msgSize)
	if err != nil {
		d.readFile.Close()
		d.readFile = nil
		return nil, err
	}

	//判断消息大小是否合法
	if msgSize < d.minMsgSize || msgSize > d.maxMsgSize {
		// this file is corrupt and we have no reasonable guarantee on
		// where a new message should begin
		d.readFile.Close()
		d.readFile = nil
		return nil, fmt.Errorf("invalid message read size (%d)", msgSize)
	}

	//读取消息
	readBuf := make([]byte, msgSize)
	_, err = io.ReadFull(d.reader, readBuf)
	if err != nil {
		d.readFile.Close()
		d.readFile = nil
		return nil, err
	}

	totalBytes := int64(4 + msgSize)

	//将下一个要读取的位置往后移
	d.nextReadPos = d.readPos + totalBytes
	d.nextReadFileNum = d.readFileNum

	//判断下一个读取的位置是不是超过了文件大小
	if d.nextReadPos > d.maxBytesPerFile {
		if d.readFile != nil {
			d.readFile.Close()
			d.readFile = nil
		}
		//如果超过了，则当前队列头文件要往后移，且读取位置设置为0
		d.nextReadFileNum++
		d.nextReadPos = 0
	}

	return readBuf, nil
}

// 刷新缓存到磁盘
func (d *diskQueue) sync() error {
	if d.writeFile != nil {
		// 将缓冲区的数据从内存中拷贝刷新到硬盘中保存
		err := d.writeFile.Sync()
		if err != nil {
			d.writeFile.Close()
			d.writeFile = nil
			return err
		}
	}

	//保存元数据
	err := d.persistMetaData()
	if err != nil {
		return err
	}

	d.needSync = false
	return nil
}

五、ioLoop循环

这个函数是一个“守护”协程，
暴露的d.writeChan和d.readChan
如果外部有网writeChan里写数据在这里处理
同时，这里的消息也会通过d.readChan将消息不断的从队列中往外推

func (d *diskQueue) ioLoop() {
	var dataRead []byte
	var err error
	var count int64
	var r chan []byte

	//开启一个timer，syncTimeout在系统配置里，默认是2秒一次
	syncTicker := time.NewTicker(d.syncTimeout)

	for {
		// SyncEvery是系统配置，默认值是2500
		// 也就是如果现在这段代码中的count的值如果到了2500,则将缓存中的数据保存到磁盘
		if count == d.syncEvery {
			d.needSync = true
		}

		// needSync这个字段如果为true，则将缓存中的数据保存到磁盘
		if d.needSync {
			err = d.sync()
			if err != nil {
				d.logf(ERROR, "DISKQUEUE(%s) failed to sync - %s", d.name, err)
			}
			//同步缓存到磁盘成功，将count重置为0
			count = 0
		}

		//如果队列头和尾中间还有数据，则从头部读取数据
		if (d.readFileNum < d.writeFileNum) || (d.readPos < d.writePos) {
			if d.nextReadPos == d.readPos {
				dataRead, err = d.readOne()
				if err != nil {
					d.logf(ERROR, "DISKQUEUE(%s) reading at %d of %s - %s",
						d.name, d.readPos, d.fileName(d.readFileNum), err)
					d.handleReadError()
					continue
				}
			}
			//这里读取的数据放到readChan这个通道里
			r = d.readChan
		} else {
			r = nil
		}

		select {
		// the Go channel spec dictates that nil channel operations (read or write)
		// in a select are skipped, we set r to d.readChan only when there is data to read
		//看上面的英文注释，如果r为空，则这个分支会被跳过，这是golang的一个特性
		//将读取的消息，丢到d.readChan里面，r.readChan向外部暴露
		case r <- dataRead:
			count++
			// moveForward sets needSync flag if a file is removed
			//moveForward()会删除已经没用的file，这个文件中的数据已经全部被读取了，不在队列头和尾之间了
			d.moveForward()
		case <-d.emptyChan:
			d.emptyResponseChan <- d.deleteAllFiles()
			count = 0
		case dataWrite := <-d.writeChan:
			//如果d.writeChan有写入数据，则将消息数据写入到队列
			count++
			d.writeResponseChan <- d.writeOne(dataWrite)
		case <-syncTicker.C:
			//这里相当于两秒钟同步一次缓存到磁盘
			if count == 0 {
				// avoid sync when there's no activity
				continue
			}
			d.needSync = true
		case <-d.exitChan:
			goto exit
		}
	}

exit:
	d.logf(INFO, "DISKQUEUE(%s): closing ... ioLoop", d.name)
	syncTicker.Stop()
	d.exitSyncChan <- 1
}