一次 RocketMQ 顺序消费延迟的问题定位

张哈希

一次 RocketMQ 顺序消费延迟的问题定位

问题背景与现象

昨晚收到了应用报警,发现线上某个业务消费消息延迟了 54s 多(从消息发送到MQ 到被消费的间隔):

2021-06-30T23:12:46.756 message processing is incredibly delayed! (Current delay time: 54725, incredible delay count in 10 seconds: 5677) 

查看 RocketMQ 的监控,发现确实发生了比较多的消息积压:
image

从 RocketMQ-Console 上面查看 Topic 的消费者:
image

这个 Topic,业务要求是需要有序的。所以在发送的时候,指定了业务 Key,并且消费的时候,使用的是顺序消费模式

我们使用了 RocketMQ 集群,有三个 Broker,对于这个 Topic,每个 Broker 上面都有 8 个 ReadQueue 和 WriteQueue。这里简单提一下 ReadQueue 和 WriteQueue 的意思:

在 RocketMQ 中,消息发送时使用 WriteQueue 个数返回路由信息而消息消费时按照 ReadQueue 个数返回路由信息。在物理文件层面,只有 WriteQueue 才会创建文件。举个例子:设置 WriteQueueNum = 8,ReadQueueNum = 4,会创建 8 个文件夹,代表 0 1 2 3 4 5 6 7 这 8 个队列,但在消息消费时,路由信息只返回 4,在具体拉取消息时,就只会消费0 1 2 3 这 4 个队列中的消息,4 5 6 7 压根就没有被消费。反过来,如果设置 WriteQueueNum = 4,ReadQueueNum = 8,在生产消息时只会往0 1 2 3中生产消息,消费消息时则会从0 1 2 3 4 5 6 7 所有的队列中消费,当然 4 5 6 7中压根就没有消息 ,假设消费是 Group 消费,Group 中有两个消费者,事实上只有第一个消费者在真正的消费消息(0 1 2 3),第二个消费者压根就消费不到消息(4 5 6 7)。一般我们都会设置这两个值相同,只有在需要缩容 topic 的队列数量的时候,才会设置他们不同。

问题分析

首先联想到的是,是否是消费线程卡住了呢线程卡住一般因为

  1. 发生了 Stop-the-wolrd:

    1. GC 导致
    2. 其他 safepoint 原因导致(例如 jstack,定时进入 safepoint 等等,参考我的这篇文章JVM相关 - SafePoint 与 Stop The World 全解
  2. 线程处理消息时间过长,可能有锁获取不到,可能卡在某些 IO

采集当时的 JFR(关于 JFR,请参考我的另一系列JFR全解),发现:

  1. 在这个时间段并没有发生停滞时间很长的 GC 以及其他 Stop-the-world 的 safepoint 事件:

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image

  1. 在这段时间,线程是 park 的,并且堆栈显示是消费线程并没有消息可以消费
    image

既然应用并没有什么问题,我们来看看 RocketMQ 是否有什么问题。一般的 RocketMQ Broker 的日志我们关心:

  1. 消息持久化的时间消耗统计,如果这里发生异常,我们需要调优 Java MMAP 相关的参数,请参考:
  2. 消息持久化异常,查看 storeerr.log
  3. 锁异常,查看 lock.log

那究竟应该去看哪一个 broker 呢?之前提到了,发送到这个 Topic 是指定了 hashKey 的,通过消息的 hashKey 我们可以定位到是哪个 broker:

int hashCode = "我们的hashKey".hashCode();
log.info("{}", Math.abs(hashCode % 24));

我们找到了消息的 hashKey,通过上面的代码,结果是 20,也就是队列 20,通过前面的描述,我们知道每个 broker 是 8 个队列,20 对应的就是 broker-2 上面的队列,也就是 broker-2 queueId = 5 这个队列。我们来查看 broker-2 上面的日志定位问题。

我们发现 lock.log 里面有异常,如下所示,类似的有很多条,并且持续了 54s 左右,和线程 park 时间比较吻合,也和消息延迟比较吻合:

2021-07-01 07:11:47 WARN AdminBrokerThread_10 - tryLockBatch, message queue locked by other client. Group: 消费group OtherClientId: 10.238.18.6@29 NewClientId: 10.238.18.122@29 MessageQueue [topic=消息topic, brokerName=broker-2, queueId=5]

这个日志的意思是,10.238.18.122@29 这个实例尝试锁住 queueId = 5 失败,因为 10.238.18.6@29 正在持有这个锁。那么为什么会发生这种情况呢?

RocketMQ 多队列顺序消费的原理

RocketMQ 想要实现多队列顺序消费,首先需要指定 hashKey,通过 hashKey 消息会被放入特定的队列,消费者消费这个队列的时候,如果指定了顺序消费,是单线程消费的,这样就保证了同一队列内有序。

那么是如何保证每个队列是单线程消费的呢?每个 Broker 维护一个:

private final ConcurrentMap<String/* group */, ConcurrentHashMap<MessageQueue, LockEntry>> mqLockTable =
        new ConcurrentHashMap<String, ConcurrentHashMap<MessageQueue, LockEntry>>(1024);

他是一个 ConcurrentMap<消费组名称, ConcurrentHashMap<消息队列, 锁对象>>。锁对象 LockEntry 包括:

RebalanceLockManager.java:

//读取 rocketmq.broker.rebalance.lockMaxLiveTime 这个环境变量,默认 60s
private final static long REBALANCE_LOCK_MAX_LIVE_TIME = Long.parseLong(System.getProperty(
        "rocketmq.broker.rebalance.lockMaxLiveTime", "60000"));
static class LockEntry {
    //RocketMQ 客户端唯一 id
    private String clientId;
    private volatile long lastUpdateTimestamp = System.currentTimeMillis();
    
    //省略getter setter
    
    public boolean isLocked(final String clientId) {
        boolean eq = this.clientId.equals(clientId);
        return eq && !this.isExpired();
    }

    public boolean isExpired() {
        // 在 REBALANCE_LOCK_MAX_LIVE_TIME 这么长时间后过期
        boolean expired =
            (System.currentTimeMillis() - this.lastUpdateTimestamp) > REBALANCE_LOCK_MAX_LIVE_TIME;

        return expired;
    }
}

RocketMQ 客户端发送 LOCK_BATCH_MQ 请求到 Broker 上面,Broker 会将客户端请求封装成为 LockEntry 并尝试更新这个 Map,如果更新成功就是获取到了锁,如果失败则没有获取这个锁。Broker 的详细更新逻辑是(感兴趣可以查看,也可以直接跳过,不影响理解,后面有便于理解的图片):

public boolean tryLock(final String group, final MessageQueue mq, final String clientId) {
    //判断没有已经锁住
    if (!this.isLocked(group, mq, clientId)) {
        try {
            //获取锁,这个锁是实例内的,因为每个 broker 维护自己的队列锁表,并不共享
            this.lock.lockInterruptibly();
            try {
                //尝试获取,判断是否存在,存在就判断是否过期
                ConcurrentHashMap<MessageQueue, LockEntry> groupValue = this.mqLockTable.get(group);
                if (null == groupValue) {
                    groupValue = new ConcurrentHashMap<>(32);
                    this.mqLockTable.put(group, groupValue);
                }
                
                LockEntry lockEntry = groupValue.get(mq);
                if (null == lockEntry) {
                    lockEntry = new LockEntry();
                    lockEntry.setClientId(clientId);
                    groupValue.put(mq, lockEntry);
                    log.info("tryLock, message queue not locked, I got it. Group: {} NewClientId: {} {}",
                        group,
                        clientId,
                        mq);
                }

                if (lockEntry.isLocked(clientId)) {
                    lockEntry.setLastUpdateTimestamp(System.currentTimeMillis());
                    return true;
                }

                String oldClientId = lockEntry.getClientId();

                if (lockEntry.isExpired()) {
                    lockEntry.setClientId(clientId);
                    lockEntry.setLastUpdateTimestamp(System.currentTimeMillis());
                    log.warn(
                        "tryLock, message queue lock expired, I got it. Group: {} OldClientId: {} NewClientId: {} {}",
                        group,
                        oldClientId,
                        clientId,
                        mq);
                    return true;
                }
                //这里就是我们刚刚看到的日志
                log.warn(
                    "tryLock, message queue locked by other client. Group: {} OtherClientId: {} NewClientId: {} {}",
                    group,
                    oldClientId,
                    clientId,
                    mq);
                return false;
            } finally {
                this.lock.unlock();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            log.error("putMessage exception", e);
        }
    } else {

    }

    return true;
}
//判断是否是已经锁住了
private boolean isLocked(final String group, final MessageQueue mq, final String clientId) {
    //通过消费组名称获取
    ConcurrentHashMap<MessageQueue, LockEntry> groupValue = this.mqLockTable.get(group);
    //如果不为 null
    if (groupValue != null) {
        //尝试获取 lockEntry,看是否存在
        LockEntry lockEntry = groupValue.get(mq);
        if (lockEntry != null) {
            //如果存在,判断是否过期
            boolean locked = lockEntry.isLocked(clientId);
            if (locked) {
                lockEntry.setLastUpdateTimestamp(System.currentTimeMillis());
            }

            return locked;
        }
    }

    return false;
}

每个 MQ 客户端,会定时发送 LOCK_BATCH_MQ 请求,并且在本地维护获取到锁的所有队列:

ProcessQueue.java:

//定时发送 **LOCK_BATCH_MQ** 间隔
public final static long REBALANCE_LOCK_INTERVAL = Long.parseLong(System.getProperty("rocketmq.client.rebalance.lockInterval", "20000"));

ConsumeMessageOrderlyService.java:

if (MessageModel.CLUSTERING.equals(ConsumeMessageOrderlyService.this.defaultMQPushConsumerImpl.messageModel())) {
    this.scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            ConsumeMessageOrderlyService.this.lockMQPeriodically();
        }
    }, 1000 * 1, ProcessQueue.REBALANCE_LOCK_INTERVAL, TimeUnit.MILLISECONDS);
}

流程图如下所示

image

ConsumeMessageOrderlyService 在关闭的时候,会 unlock 所有的队列:

public void shutdown() {
    this.stopped = true;
    this.scheduledExecutorService.shutdown();
    this.consumeExecutor.shutdown();
    if (MessageModel.CLUSTERING.equals(this.defaultMQPushConsumerImpl.messageModel())) {
        this.unlockAllMQ();
    }
}

问题出现原因

我们这里客户端定时发送 LOCK_BATCH_MQ 间隔是默认的 20s, Broker 端锁过期的时间也是默认的 60s。

我们的集群容器编排使用了 k8s,并且有实例迁移的功能。在集群压力大的时候,自动扩容新的 Node (可以理解为虚拟机)并将创建新的服务实例部署上去。集群某些服务压力小的时候,某些服务实例会缩容下去,这时候就不需要那么多 Node 了,就会回收一部分 Node,但是被回收的 Node 上面还有不能缩容的服务实例,这时候就需要将这些服务实例迁移到其他 Node 上面。这里我们的业务实例就是发生了这个情况。

在问题出现的时候,发生了迁移,老的实例被关闭,但是没有等待 ConsumeMessageOrderlyService#shutdown 的执行,导致锁没有被主动释放,而是等待 60s 的锁过期时间后,新的实例才拿到队列锁开始消费

问题解决

  1. 在下个版本,加入针对 RocketMQ 客户端的优雅关闭逻辑
  2. 所有服务实例(RocketMQ 客户端)配置 rocketmq.client.rebalance.lockInterval 缩短心跳时间(5s),RocketMQ Broker 配置 rocketmq.broker.rebalance.lockMaxLiveTime 缩短过期时间(例如 15s),但是保持过期时间是心跳时间的 3 倍(集群中的 3 倍设计公理)

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