万亿级数据洪峰下的分布式消息引擎

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前言

通过简单回顾阿里中间件(Aliware)消息引擎的发展史，本文开篇于双11消息引擎面临的低延迟挑战，通过经典的应用场景阐述可能会面临的问题 - 响应慢，雪崩，用户体验差，继而交易下跌。为了应对这些不可控的洪峰数据，中间件团队通过大量研究和实践，推出了低延迟高可用解决方案，在分布式存储领域具有一定的普适性。在此基础上，通过对现有有限资源的规划，又推出了分级的容量保障策略，通过限流、降级，甚至熔断技术，能够有效保障重点业务的高吞吐，成功的支撑集团包括海外业务平缓舒畅地度过双11高峰。与此同时，在一些对高可靠、高可用要求极为苛刻的场景下，中间件团队又重点推出了基于多副本机制的高可用解决方案，能够动态识别机器宕机、机房断网等灾难场景，自动实现主备切换。整个切换过程对用户透明，运维开发人员无需干预，极大地提升消息存储的可靠性以及整个集群的高可用性。

1. 消息引擎家族史

阿里中间件消息引擎发展到今日，前前后后经历了三代演进。第一代，推模式，数据存储采用关系型数据库。在这种模式下，消息具有很低的延迟特性，尤其在阿里淘宝这种高频交易场景中，具有非常广泛地应用。第二代，拉模式，自研的专有消息存储。能够媲美Kafka的吞吐性能，但考虑到淘宝的应用场景，尤其是其交易链路等高可靠场景，消息引擎并没有一位的追求吞吐，而是将稳定可靠放在首位。因为采用了长连接拉模式，在消息的实时方面丝毫不逊推模式。在前两代经历了数年线上堪比工况的洗礼后，中间件团队于2011年研发了以拉模式为主，兼有推模式的高性能、低延迟消息引擎RocketMQ。并在2012年进行了开源，经历了6年双11核心交易链路检验，愈久弥坚。目前已经捐赠给阿帕奇基金会（ASF），有望成为继ActiveMQ，Kafka之后，Apache社区第三个重量级分布式消息引擎。时至今日，RocketMQ很好的服务了阿里集团大大小小上千个应用，在双11当天，更有不可思议的万亿级消息流转，为集团大中台的稳定发挥了举足轻重的作用。

2. 低延迟可用性探索

疾风吹征帆，倏尔向空没。千里在俄顷，三江坐超忽。—孟浩然

2.1低延迟与可用性

随着Java语言生态的完善，JVM性能的提高，C和C++已经不再是低延迟场景唯一的选择。本章节重点介绍RocketMQ在低延迟可用性方面的一些探索。
应用程序的性能度量标准一般从吞吐量和延迟两方面考量。吞吐量是指程序在一段时间内能处理的请求数量。延迟是指端到端的响应时间。低延迟在不同的环境下有不同的定义，比如在聊天应用中低延迟可以定义为200ms内，在交易系统中定义为10ms内。相对于吞吐量，延迟会受到很多因素的影响，如CPU、网络、内存、操作系统等。
根据Little’s law，当延迟变高时，驻留在分布式系统中的请求会剧增，导致某些节点不可用，不可用的状态甚至会扩散至其它节点，造成整个系统的服务能力丧失，这种场景又俗称雪崩。所以打造低延迟的应用程序，对提升整个分布式系统可用性有很大的裨益。

2.2 低延迟探索之路

RocketMQ作为一款消息引擎，最大的作用是异步解耦和削峰填谷。一方面，分布式应用会利用RocketMQ来进行异步解耦，应用程序可以自如地扩容和缩容。另一方面，当洪峰数据来临时，大量的消息需要堆积到RocketMQ中，后端程序可以根据自己的消费速度来进行数据的读取。所以保证RocketMQ写消息链路的低延迟至关重要。
在今年双11期间，天猫发布了红包火山的新玩法。该游戏对延迟非常敏感，只能容忍50ms内的延迟，在压测初期RocketMQ写消息出现了大量50~500ms的延迟，导致了在红包喷发的高峰出现大量的失败，严重影响前端业务。下图为压测红包集群在压测时写消息延迟热力图统计。

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