消息队列高手课
李玥
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消息存储读写性能的优化方法

你好,我是李玥。
我在京东开发消息队列 JoyQueue 过程中,花了非常多的时间和精力去优化消息的存储读写性能,并取得了不错的效果。
我总结了一些优化消息存储读写性能的方法,这些方法不仅仅适用于优化消息队列性能,同样也适用于采用与消息队列类似的存储结构的性能优化场景,例如数据库 BINLOG、复制状态机、大数据领域实时计算、监控和日志系统等场景。这节课我将这些优化方法分享给你。

为什么 WAL 如此重要?

我们知道,MQ 功能是为应用程序提供可靠的异步数据通信服务。在使用者看来,它是一个用于通信的数据管道。而从设计和实现者的角度来看,MQ 实际上是一个分布式的存储系统。
MQ 和 HDFS、Redis Cluster 或者是 Elastic Search 这些分布式存储系统的基本结构是一样的。数据被按照一定规则进行分片 (Shard),每个分片包含多个物理副本 (Replica),这些副本存储在集群多个数据节点 (Data Node) 上。
它们面临着同样的问题,诸如数据一致性、有状态节点的故障恢复、数据分片等,都使用相似的技术来解决这些问题。
和上面这些分布式存储系统相比,MQ 的区别在于,它的数据结构非常简单,就是一个由消息构成的队列。
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1. WAL(Write Ahead Log)在分布式存储系统中的重要性和广泛应用,以及其具备的高性能和有序性特性。 2. 优化消息队列存储读写性能的通用方法,包括尾部追加、不可修改、线性有序等特性,以及对于存储数据硬盘的顺序读写性能的影响。 3. WAL 在数据库领域的应用,包括故障恢复、数据备份、主从复制、事务支持等功能。 4. WAL 在大数据领域的应用,特别是在流计算领域中的重要性。 5. 优化 WAL 读写性能的方法和经验,适用于分布式消息队列、数据库、大数据领域等使用 WAL 的技术场景。 6. JoyQueue 对于堆外内存管理的实用策略,包括堆外内存的应用、缓存页的写入过程、缓存页的作用以及对高吞吐量下的 Full GC 问题的解决。 7. 基于缓存页实现的近乎无锁的并发内存读写,以及对缓存页的加权LRU置换策略和缓存命中率的优化。 8. WAL 的用途广泛,包括在分布式系统一致性问题、数据库故障恢复、数据备份和主从复制、事务、MQ 和流计算等领域的应用。 9. JoyQueue 在堆外内存中为 WAL 的每个文件定义了一个对应的缓存页,有效地降低了数据在堆内存的停留时间,避免高吞吐情况下 JVM 的 Full GC 问题。 10. 主流开源软件中使用 WAL 机制的例子,如PostgreSQL、SQLite、MySQL/InnoDB、MongoDB、Redis、etcd、RocksDB、Elasticsearch、InfluxDB和Prometheus。

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