分布式系统设计模式 - 分割日志(Segmented Log)

2020/09/21 20:25
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分割日志(Segmented Log)

将大文件切分为更容易处理的多个更小的文件。

问题背景

单一的日志文件可能会增长到很大,并且在程序启动时读取从而成为性能瓶颈。老的日志需要定时清理,但是对于一个大文件进行清理操作很费劲。

解决方案

将单一日志切分为多个,日志在达到一定大小时,会切换到新文件继续写。

//写入日志
public Long writeEntry(WALEntry entry) {
    //判断是否需要另起新文件
    maybeRoll();
    //写入文件
    return openSegment.writeEntry(entry);
}

private void maybeRoll() {
    //如果当前文件大小超过最大日志文件大小
    if (openSegment.
            size() >= config.getMaxLogSize()) {
        //强制刷盘
        openSegment.flush();
        //存入保存好的排序好的老日志文件列表
        sortedSavedSegments.add(openSegment);
        //获取文件最后一个日志id
        long lastId = openSegment.getLastLogEntryId();
        //根据日志id,另起一个新文件,打开
        openSegment = WALSegment.open(lastId, config.getWalDir());
    }
}

如果日志做了切分,那么需要快速以某个日志位置(或者日志序列号)定位到某个文件的机制。可以通过两种方式实现:

  • 每一个日志切分文件的名称都是包含特定开头以及日志位置偏移量(或者日志序列号)
  • 每一个日志序列号包含文件名称以及 transaction 偏移。
//创建文件名称
public static String createFileName(Long startIndex) {
    //特定日志前缀_起始位置_日志后缀
    return logPrefix + "_" + startIndex + "_" + logSuffix;
}

//从文件名称中提取日志偏移量
public static Long getBaseOffsetFromFileName(String fileName) {
    String[] nameAndSuffix = fileName.split(logSuffix);
    String[] prefixAndOffset = nameAndSuffix[0].split("_");
    if (prefixAndOffset[0].equals(logPrefix))
        return Long.parseLong(prefixAndOffset[1]);

    return -1l;
}

在文件名包含这种信息之后,读操作就分为两步:

  1. 给定一个偏移(或者 transaction id),获取到大于这个偏移日志所在文件
  2. 从文件中读取所有大于这个偏移的日志
//给定偏移量,读取所有日志
public List<WALEntry> readFrom(Long startIndex) {
    List<WALSegment> segments = getAllSegmentsContainingLogGreaterThan(startIndex);
    return readWalEntriesFrom(startIndex, segments);
}

//给定偏移量,获取所有包含大于这个偏移量的日志文件
private List<WALSegment> getAllSegmentsContainingLogGreaterThan(Long startIndex) {
    List<WALSegment> segments = new ArrayList<>();
    //Start from the last segment to the first segment with starting offset less than startIndex
    //This will get all the segments which have log entries more than the startIndex
    for (int i = sortedSavedSegments.size() - 1; i >= 0; i--) {
        WALSegment walSegment = sortedSavedSegments.get(i);
        segments.add(walSegment);

        if (walSegment.getBaseOffset() <= startIndex) {
            break; // break for the first segment with baseoffset less than startIndex
        }
    }

    if (openSegment.getBaseOffset() <= startIndex) {
        segments.add(openSegment);
    }

    return segments;
}

举例

基本所有主流 MQ 的存储,例如 RocketMQ,Kafka 还有 Pulsar 的底层存储 BookKeeper,都运用了分段日志。

RocketMQ: image

Kafka: image

Pulsar存储实现BookKeeper: image

另外,基于一致性协议 Paxos 或者 Raft 的存储,一般会采用分段日志,例如 Zookeeper 以及 TiDB。

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