Flume架構中如何進行MemoryChannel事務實現

本篇文章給大家分享的是有關Flume架構中如何進行MemoryChannel事務實現，小編覺得挺實用的，因此分享給大家學習，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說，跟著小編一起來看看吧。

Flume提供了可靠地日志采集功能，其高可靠是通過事務機制實現的。而對于Channel的事務我們本部分會介紹MemoryChannel和FileChannel的實現。

首先我們看下BasicChannelSemantics實現：

public abstract class BasicChannelSemantics extends AbstractChannel {
  //1、事務使用ThreadLocal存儲，保證事務線程安全
  private ThreadLocal<BasicTransactionSemantics> currentTransaction
      = new ThreadLocal<BasicTransactionSemantics>();

  private boolean initialized = false;
  //2、進行一些初始化工作
  protected void initialize() {}
  //3、提供給實現類的創建事務的回調
  protected abstract BasicTransactionSemantics createTransaction();
  //4、往Channel放Event，其直接委托給事務的put方法實現
  @Override
  public void put(Event event) throws ChannelException {
    BasicTransactionSemantics transaction = currentTransaction.get();
    Preconditions.checkState(transaction != null,
        "No transaction exists for this thread");
    transaction.put(event);
  }
  //5、從Channel獲取Event，也是直接委托給事務的take方法實現
  @Override
  public Event take() throws ChannelException {
    BasicTransactionSemantics transaction = currentTransaction.get();
    Preconditions.checkState(transaction != null,
        "No transaction exists for this thread");
    return transaction.take();
  }

  //6、獲取事務，如果本實例沒有初始化則先初始化；否則先從ThreadLocal獲取事務，如果沒有或者關閉了則創建一個并綁定到ThreadLocal。
  @Override
  public Transaction getTransaction() {

    if (!initialized) {
      synchronized (this) {
        if (!initialized) {
          initialize();
          initialized = true;
        }
      }
    }

    BasicTransactionSemantics transaction = currentTransaction.get();
    if (transaction == null || transaction.getState().equals(
            BasicTransactionSemantics.State.CLOSED)) {
      transaction = createTransaction();
      currentTransaction.set(transaction);
    }
    return transaction;
  }
}

MemoryChannel事務實現

首先我們來看下MemoryChannel的實現，其是一個純內存的Channel實現，整個事務操作都是在內存中完成。首先看下其內存結構：

1、首先由一個Channel Queue用于存儲整個Channel的Event數據；

2、每個事務都有一個Take Queue和Put Queue分別用于存儲事務相關的取數據和放數據，等事務提交時才完全同步到Channel Queue，或者失敗把取數據回滾到Channel Queue。

MemoryChannel時設計時考慮了兩個容量：Channel Queue容量和事務容量，而這兩個容量涉及到了數量容量和字節數容量。

另外因為多個事務要操作Channel Queue，還要考慮Channel Queue的動態擴容問題，因此MemoryChannel使用了鎖來實現；而容量問題則使用了信號量來實現。

在configure方法中進行了一些參數的初始化，如容量、Channel Queue等。首先看下Channel Queue的容量是如何計算的：

try {
  capacity = context.getInteger("capacity", defaultCapacity);
} catch(NumberFormatException e) {
  capacity = defaultCapacity;
}

if (capacity <= 0) {
  capacity = defaultCapacity;
}

即首先從配置文件讀取數量容量，如果沒有配置則是默認容量（默認100），而配置的容量小于等于0，則也是默認容量。

接下來是初始化事務數量容量：

try {
  transCapacity = context.getInteger("transactionCapacity", defaultTransCapacity);
} catch(NumberFormatException e) {
  transCapacity = defaultTransCapacity;
}
if (transCapacity <= 0) {
  transCapacity = defaultTransCapacity;
}
Preconditions.checkState(transCapacity <= capacity,
"Transaction Capacity of Memory Channel cannot be higher than " +
        "the capacity.");

整個過程和Channel Queue數量容量初始化類似，但是最后做了前置條件判斷，事務容量必須小于等于Channel Queue容量。

接下來是字節容量限制：

try {
  byteCapacityBufferPercentage = context.getInteger("byteCapacityBufferPercentage", defaultByteCapacityBufferPercentage);
} catch(NumberFormatException e) {
  byteCapacityBufferPercentage = defaultByteCapacityBufferPercentage;
}
try {
  byteCapacity = (int)((context.getLong("byteCapacity", defaultByteCapacity).longValue() * (1 - byteCapacityBufferPercentage * .01 )) /byteCapacitySlotSize);
  if (byteCapacity < 1) {
    byteCapacity = Integer.MAX_VALUE;
  }
} catch(NumberFormatException e) {
  byteCapacity = (int)((defaultByteCapacity * (1 - byteCapacityBufferPercentage * .01 )) /byteCapacitySlotSize);
}

byteCapacityBufferPercentage：用來確定byteCapacity的一個百分比參數，即我們定義的字節容量和實際事件容量的百分比，因為我們定義的字節容量主要考慮Event body，而忽略Event header，因此需要減去Event header部分的內存占用，可以認為該參數定義了Event header占了實際字節容量的百分比，默認20%；

byteCapacity：首先讀取配置文件定義的byteCapacity，如果沒有定義，則使用默認defaultByteCapacity，而defaultByteCapacity默認是JVM物理內存的80%（Runtime.getRuntime().maxMemory() * .80）；那么實際byteCapacity=定義的byteCapacity * (1- Event header百分比)/ byteCapacitySlotSize；byteCapacitySlotSize默認100，即計算百分比的一個系數。

接下來定義keepAlive參數：

try {
  keepAlive = context.getInteger("keep-alive", defaultKeepAlive);
} catch(NumberFormatException e) {
  keepAlive = defaultKeepAlive;
}

keepAlive定義了操作Channel Queue的等待超時事件，默認3s。

接著初始化Channel Queue：

if(queue != null) {
  try {
    resizeQueue(capacity);
  } catch (InterruptedException e) {
    Thread.currentThread().interrupt();
  }
} else {
  synchronized(queueLock) {
    queue = new LinkedBlockingDeque<Event>(capacity);
    queueRemaining = new Semaphore(capacity);
    queueStored = new Semaphore(0);
  }
}

首先如果Channel Queue不為null，表示動態擴容；否則進行Channel Queue的創建。

首先看下首次創建Channel Queue，首先使用queueLock鎖定，即在操作Channel Queue時都需要鎖定，因為之前說過Channel Queue可能動態擴容，然后初始化信號量：Channel Queue剩余容量和向Channel Queue申請存儲的容量，用于事務操作中預占Channel Queue容量。

接著是調用resizeQueue動態擴容：

private void resizeQueue(int capacity) throws InterruptedException {
  int oldCapacity;
  synchronized(queueLock) { //首先計算擴容前的Channel Queue的容量
    oldCapacity = queue.size() + queue.remainingCapacity();
  }

  if(oldCapacity == capacity) {//如果新容量和老容量相等，不需要擴容
    return;
  } else if (oldCapacity > capacity) {//如果老容量大于新容量，縮容
    //首先要預占老容量-新容量的大小，以便縮容容量
if(!queueRemaining.tryAcquire(oldCapacity - capacity, keepAlive, TimeUnit.SECONDS)) {
   //如果獲取失敗，默認是記錄日志然后忽略
} else {
  //否則，直接縮容，然后復制老Queue的數據，縮容時需要鎖定queueLock，因為這一系列操作要線程安全
      synchronized(queueLock) {
        LinkedBlockingDeque<Event> newQueue = new LinkedBlockingDeque<Event>(capacity);
        newQueue.addAll(queue);
        queue = newQueue;
      }
    }
  } else {
    //如果不是縮容，則直接擴容即可
    synchronized(queueLock) {
      LinkedBlockingDeque<Event> newQueue = new LinkedBlockingDeque<Event>(capacity);
      newQueue.addAll(queue);
      queue = newQueue;
}
//增加/減少Channel Queue的新的容量
    queueRemaining.release(capacity - oldCapacity);
  }
}

到此，整個Channel Queue相關的數據初始化完畢，接著會調用start方法進行初始化：
public synchronized void start() {
  channelCounter.start();
  channelCounter.setChannelSize(queue.size());
  channelCounter.setChannelCapacity(Long.valueOf(
          queue.size() + queue.remainingCapacity()));
  super.start();
}

此處初始化了一個ChannelCounter，是一個計數器，記錄如當前隊列放入Event數、取出Event數、成功數等。

之前已經分析了大部分Channel會把put和take直接委托給事務去完成，因此接下來看下MemoryTransaction的實現。

首先看下MemoryTransaction的初始化：

private class MemoryTransaction extends BasicTransactionSemantics {
  private LinkedBlockingDeque<Event> takeList;
  private LinkedBlockingDeque<Event> putList;
  private final ChannelCounter channelCounter;
  private int putByteCounter = 0;
  private int takeByteCounter = 0;
  public MemoryTransaction(int transCapacity, ChannelCounter counter) {
    putList = new LinkedBlockingDeque<Event>(transCapacity);
    takeList = new LinkedBlockingDeque<Event>(transCapacity);
    channelCounter = counter;
  }

可以看出MemoryTransaction涉及到兩個事務容量大小定義的隊列（鏈表阻塞隊列）、隊列字節計數器、另外一個是Channel操作的計數器。

事務中的放入操作如下：

protected void doPut(Event event) throws InterruptedException {
  //1、增加放入事件計數器
  channelCounter.incrementEventPutAttemptCount();
  //2、estimateEventSize計算當前Event body大小
  int eventByteSize = (int)Math.ceil(estimateEventSize(event)/byteCapacitySlotSize);
  //3、往事務隊列的putList中放入Event，如果滿了，則拋異常回滾事務
  if (!putList.offer(event)) {
      throw new ChannelException(
      "Put queue for MemoryTransaction of capacity " +
        putList.size() + " full, consider committing more frequently, " +
        "increasing capacity or increasing thread count");
  }
  //4、增加放入隊列字節數計數器
  putByteCounter += eventByteSize;
}

整個doPut操作相對來說比較簡單，就是往事務putList隊列放入Event，如果滿了則直接拋異常回滾事務；否則放入putList暫存，等事務提交時轉移到Channel Queue。另外需要增加放入隊列的字節數計數器，以便之后做字節容量限制。

接下來是事務中的取出操作：

protected Event doTake() throws InterruptedException {
  //1、增加取出事件計數器
  channelCounter.incrementEventTakeAttemptCount();
  //2、如果takeList隊列沒有剩余容量，即當前事務已經消費了最大容量的Event
  if(takeList.remainingCapacity() == 0) {
    throw new ChannelException("Take list for MemoryTransaction, capacity " +
        takeList.size() + " full, consider committing more frequently, " +
        "increasing capacity, or increasing thread count");
  }
  //3、queueStored試圖獲取一個信號量，超時直接返回null
  if(!queueStored.tryAcquire(keepAlive, TimeUnit.SECONDS)) {
    return null;
  }
  //4、從Channel Queue獲取一個Event
  Event event;
  synchronized(queueLock) {//對Channel Queue的操作必須加queueLock，因為之前說的動態擴容問題
    event = queue.poll();
  }
  //5、因為信號量的保證，Channel Queue不應該返回null，出現了就不正常了
  Preconditions.checkNotNull(event, "Queue.poll returned NULL despite semaphore " +
      "signalling existence of entry");
  //6、暫存到事務的takeList隊列
  takeList.put(event);
  //7、計算當前Event body大小并增加取出隊列字節數計數器
  int eventByteSize = (int)Math.ceil(estimateEventSize(event)/byteCapacitySlotSize);
  takeByteCounter += eventByteSize;
  return event;
}

接下來是提交事務：

protected void doCommit() throws InterruptedException {
  //1、計算改變的Event數量，即取出數量-放入數量；如果放入的多，那么改變的Event數量將是負數
  int remainingChange = takeList.size() - putList.size();
  //2、	如果remainingChange小于0，則需要獲取Channel Queue剩余容量的信號量
  if(remainingChange < 0) {
    //2.1、首先獲取putByteCounter個字節容量信號量，如果失敗說明超過字節容量限制了，回滾事務
    if(!bytesRemaining.tryAcquire(putByteCounter, keepAlive, TimeUnit.SECONDS)) {
      throw new ChannelException("Cannot commit transaction. Byte capacity " +
        "allocated to store event body " + byteCapacity * byteCapacitySlotSize +
        "reached. Please increase heap space/byte capacity allocated to " +
        "the channel as the sinks may not be keeping up with the sources");
    }
    //2.2、獲取Channel Queue的-remainingChange個信號量用于放入-remainingChange個Event，如果獲取不到，則釋放putByteCounter個字節容量信號量，并拋出異常回滾事務
    if(!queueRemaining.tryAcquire(-remainingChange, keepAlive, TimeUnit.SECONDS)) {
      bytesRemaining.release(putByteCounter);
      throw new ChannelFullException("Space for commit to queue couldn't be acquired." +
          " Sinks are likely not keeping up with sources, or the buffer size is too tight");
    }
  }
  int puts = putList.size();
  int takes = takeList.size();
  synchronized(queueLock) {//操作Channel Queue時一定要鎖定queueLock
    if(puts > 0 ) {
      while(!putList.isEmpty()) { //3.1、如果有Event，則循環放入Channel Queue
        if(!queue.offer(putList.removeFirst())) { 
          //3.2、如果放入Channel Queue失敗了，說明信號量控制出問題了，這種情況不應該發生
          throw new RuntimeException("Queue add failed, this shouldn't be able to happen");
        }
      }
    }
    //4、操作成功后，清空putList和takeList隊列
    putList.clear();
    takeList.clear();
  }
  //5.1、釋放takeByteCounter個字節容量信號量
  bytesRemaining.release(takeByteCounter);
  //5.2、重置字節計數器
  takeByteCounter = 0;
  putByteCounter = 0;
  //5.3、釋放puts個queueStored信號量，這樣doTake方法就可以獲取數據了
  queueStored.release(puts);
  //5.4、釋放remainingChange個queueRemaining信號量
  if(remainingChange > 0) {
    queueRemaining.release(remainingChange);
  }
  //6、ChannelCounter一些數據計數
  if (puts > 0) {
    channelCounter.addToEventPutSuccessCount(puts);
  }
  if (takes > 0) {
    channelCounter.addToEventTakeSuccessCount(takes);
  }

  channelCounter.setChannelSize(queue.size());
}

此處涉及到兩個信號量：

queueStored表示Channel Queue已存儲事件容量（已存儲的事件數量），隊列取出事件時-1，放入事件成功時+N，取出失敗時-N，即Channel Queue存儲了多少事件。queueStored信號量默認為0。當doTake取出Event時減少一個queueStored信號量，當doCommit提交事務時需要增加putList 隊列大小的queueStored信號量，當doRollback回滾事務時需要減少takeList隊列大小的queueStored信號量。

queueRemaining表示Channel Queue可存儲事件容量（可存儲的事件數量），取出事件成功時+N，放入事件成功時-N。queueRemaining信號量默認為Channel Queue容量。其在提交事務時首先通過remainingChange = takeList.size() - putList.size()計算獲得需要增加多少變更事件；如果小于0表示放入的事件比取出的多，表示有- remainingChange個事件放入，此時應該減少-queueRemaining信號量；而如果大于0，則表示取出的事件比放入的多，表示有queueRemaining個事件取出，此時應該增加queueRemaining信號量；即消費事件時減少信號量，生產事件時增加信號量。

而bytesRemaining是字節容量信號量，超出容量則回滾事務。

最后看下回滾事務：

protected void doRollback() {
    int takes = takeList.size();
    synchronized(queueLock) { //操作Channel Queue時一定鎖住queueLock
      //1、前置條件判斷，檢查是否有足夠容量回滾事務
      Preconditions.checkState(queue.remainingCapacity() >= takeList.size(), "Not enough space in memory channel " +
          "queue to rollback takes. This should never happen, please report");
      //2、回滾事務的takeList隊列到Channel Queue
      while(!takeList.isEmpty()) {
        queue.addFirst(takeList.removeLast());
      }
      putList.clear();
    }
    //3、釋放putByteCounter個bytesRemaining信號量
    bytesRemaining.release(putByteCounter);

    //4、計數器重置
    putByteCounter = 0;
    takeByteCounter = 0;
    //5、釋放takeList隊列大小個已存儲事件容量
    queueStored.release(takes);
    channelCounter.setChannelSize(queue.size());
  }
}

也就是說在回滾時，需要把takeList中暫存的事件回滾到Channel Queue，并回滾queueStored信號量。

以上就是Flume架構中如何進行MemoryChannel事務實現，小編相信有部分知識點可能是我們日常工作會見到或用到的。希望你能通過這篇文章學到更多知識。更多詳情敬請關注億速云行業資訊頻道。