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一、虚拟主机设计
1.1、需求分析
1.1.1、核心 API
1.1.2、虚拟主机的是用来干什么的？
1.1.3、如何表示 交换机和虚拟主机 之间的从属关系？
二、实现 VirtualHost 类
2.1、属性
2.2、锁对象
2.3、公开实例
2.4、虚拟主机构造方法
2.5、交换机相关操作
2.5、队列相关操作
2.6、绑定相关操作
2.7、消息相关操作
2.8、补充线程安全问题
一、虚拟主机设计
1.1、需求分析
1.1.1、核心 API
虚拟主机的概念类似于 MySQL 的 database ，把 交换机、队列、绑定、消息...... 进行 逻辑 上的隔离，因此不仅仅需要管理数据，还需要提供一些核心 API 供上层代码调用.
核心 API（就是把之前写内存中的数据管理和硬盘的数据管理，串起来）：
- 创建交换机 exchangeDeclare
- 删除交换机 exchagneDelete
- 创建队列 queueDeclare
- 删除队列 queueDelete
- 创建绑定 queueBind
- 删除绑定 queueUnbind
- 发送消息 basicPublish
- 订阅消息 basicCosume
- 确认消息 basicAck
1.1.2、虚拟主机的是用来干什么的？
虚拟主机的目的，是为了保证隔离，不同虚拟主机之间的内容不要有影响.
例如，虚拟主机1 中创建了一个 exchange，叫做：“testExchange”，虚拟主机2 中，也创建了一个 exchange，叫做 “testExchange” ，他两虽然名字相同，但却是不同空间中的 exchange。
从调用者的角度来讲，虽然这两个创建 exchange 时，起的名字叫做 testExchange，但是在虚拟主机内部会自动处理，加上前缀，“virtualHost1testExchange”，“virtualHost2testExchange”。
按照这个方式，就可以区分开不同交换机，进一步区分不同队列（一个交换机对应多个队列），进一步的，绑定也就隔离开了（绑定是和交换机与队列相关的），再进一步消息是和队列强相关的，消息自然也就区分开了.
1.1.3、如何表示 交换机和虚拟主机 之间的从属关系？
方案一：参考数据库的设计，“一对多” 方案，比如给交换机表，添加个属性，虚拟主机id/name...
方案二（RabbitMQ 采取的策略）：重新约定，交换机的名字 = 虚拟主机的名字 + 交换机的名字
方案三： 更优雅的办法，就是给每个虚拟主机，分配一组不同的数据库和文件，但是有点麻烦.
这里我们按照 RabbitMQ 采取的策略~~
二、实现 VirtualHost 类
2.1、属性
private String virtualHostName;
private MemoryDataCenter memoryDataCenter = new MemoryDataCenter();
private DiskDataCenter diskDataCenter = new DiskDataCenter();
private Router router;
Router 这个类就描述了 routingKey 和 bindingKey 是否合法，以及消息与队列之间的匹配规则.
2.2、锁对象
用来处理 交换机操作、队列操作、绑定操作、消息操作 中的线程安全问题
例如：针对多线程操作“增加交换机”，以及“边增加边删除”进行加锁操作(多线程同时删除其实没什么事，因为都是 sql 的 delete 进行删除，即使删除多次，也没有副作用)
//交换机锁对象
private final Object exchangeLocker = new Object(); //final 修饰是为了防止程序员修改引用，导致不是一个锁对象(其实可有可无，自己注意就 ok)
//队列锁对象
private final Object queueLocker = new Object();
2.3、公开实例
让上层代码调用时可以分别拿到 虚拟主机名、内存数据处理中心、硬盘数据处理中心.
public String getVirtualHostName() {
return virtualHostName;
}
public MemoryDataCenter getMemoryDataCenter() {
return memoryDataCenter;
}
public DiskDataCenter getDiskDataCenter() {
2.4、虚拟主机构造方法
主要针对主机名，硬盘、内存数据处理中心进行初始化操作.
public VirtualHost(String name) {
this.virtualHostName = name;
//对于 MemoryDataCenter 来说，不需要进行初始化工作，只需要 new 出来即可
//但是，对于 DiskDataCenter 来说，需要进行初始化操作，建库建表和初始数据的设定
diskDataCenter.init();
//另外还需要针对硬盘初始化的数据，恢复到内存中
try {
memoryDataCenter.recovery(diskDataCenter);
} catch (IOException | MqException | ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("[VirtualHost] 恢复内存数据失败！");
}
}
2.5、交换机相关操作
创建交换机：从内存中获取对应交换机，如果不存在就创建，如果存在，就直接返回
删除交换机：先检查交换机是否存在，不存在抛出异常，存在就删除
Ps：返回值是 boolean 类型，true 表示成功，false 表示失败
/**
* 创建交换机
* @param exchangeName
* @param exchangeType
* @param durable
* @param autoDelete
* @param arguments
* @return
*/
public boolean exchangeDeclare(String exchangeName, ExchangeType exchangeType, boolean durable, boolean autoDelete,
Map<String, Object> arguments) {
//1.把交换机加上虚拟主机的名字作为前缀(虚拟主机的隔离效果)
exchangeName = virtualHostName + exchangeName;
try {
synchronized (exchangeLocker) {
//2.通过内存查询交换机是否存在
Exchange exchange = memoryDataCenter.getExchange(exchangeName);
if(exchange != null) {
//已经存在就直接返回
System.out.println("[VirtualHost] 交换机已经存在！exchangeName=" + exchangeName);
return true;
}
//3.不存在就创建一个
exchange = new Exchange();
exchange.setName(exchangeName);
exchange.setType(exchangeType);
exchange.setDurable(durable);
exchange.setAutoDelete(autoDelete);
exchange.setArguments(arguments);
//4.内存中是一定要创建的，硬盘中是否存储，就要传来的参数 durable 是否为 true 了(持久化)
if(durable) {
diskDataCenter.insertExchange(exchange);
}
memoryDataCenter.insertExchange(exchange);
System.out.println("[VirtualHost] 交换机创建成功！exchangeName=" + exchangeName);
//上述逻辑中，先写硬盘，后写内存，就是因为硬盘更容易写失败，如果硬盘写失败了，内存就不用写了
//但要是先写内存，一旦内存写成功了，硬盘写失败了，还需要把内存中的数据给删掉，比较麻烦
}
return true;
} catch (Exception e) {
System.out.println("[VirtualHost] 交换机创建失败！exchangeName=" + exchangeName);
e.printStackTrace();
return false;
}
}
/**
* 删除交换机
* @param exchangeName
* @return
*/
public boolean exchangeDelete(String exchangeName) {
//1.虚拟主机前缀
exchangeName = virtualHostName + exchangeName;
try {
synchronized (exchangeLocker) {
//2.检查当前内存中是否存在该交换机
Exchange exchange = memoryDataCenter.getExchange(exchangeName);
if(exchange == null) {
throw new MqException("[VirtualHost] 该交换机不存在无法删除！exchangeName=" + exchangeName);
}
//3.如果持久化到硬盘上，就把硬盘的先删除了
if(exchange.isDurable()) {
diskDataCenter.deleteExchange(exchangeName);
}
//4.存在就删除
memoryDataCenter.deleteExchange(exchangeName);
System.out.println("[VirtualHost] 交换机删除成功！exchangeName=" + exchangeName);
}
return true;
} catch (Exception e) {
System.out.println("[VirtualHost] 交换机删除失败！exchangeName=" + exchangeName);
e.printStackTrace();
return false;
}
}
2.5、队列相关操作
这里的操作逻辑和交换机差不多~~
/**
* 创建队列
* @param queueName
* @param durable
* @param exclusive
* @param autoDelete
* @param arguments
* @return
*/
public boolean queueDeclare(String queueName, boolean durable, boolean exclusive, boolean autoDelete,
Map<String, Object> arguments) {
//1.虚拟主机前缀
queueName = virtualHostName + queueName;
try {
synchronized (queueLocker) {
//2.先检查内存是否存在此队列
MSGQueue queue = memoryDataCenter.getQueue(queueName);
if(queue != null) {
System.out.println("[VirtualHost] 当前队列已存在！queueName=" + queueName);
return true;
}
//3.不存在则创建并赋值
queue = new MSGQueue();
queue.setName(queueName);
queue.setExclusive(exclusive);
queue.setDurable(durable);
queue.setAutoDelete(autoDelete);
queue.setArguments(arguments);
//4.如果设置了持久化，就先在硬盘上保存一份
if(durable) {
diskDataCenter.insertQueue(queue);
}
//5.写内存
memoryDataCenter.insertQueue(queue);
System.out.println("[VirtualHost] 队列创建成功！queueName=" + queueName);
}
return true;
} catch (Exception e) {
System.out.println("[VirtualHost] 队列创建失败！queueName=" + queueName);
e.printStackTrace();
return false;
}
}
/**
* 队列删除
* @param queueName
* @return
*/
public boolean queueDelete(String queueName) {
//1.虚拟主机前缀
queueName = virtualHostName + queueName;
try {
synchronized (queueLocker) {
//2.判断队列是否存在，若不存在则抛出异常
MSGQueue queue = memoryDataCenter.getQueue(queueName);
if(queue == null) {
throw new MqException("[VirtualHost] 队列不存在，删除失败！queueName=" + queueName);
}
//3.存在则判断是否持久化，若持久化到硬盘上，则先删硬盘
if(queue.isDurable()) {
diskDataCenter.deleteQueue(queueName);
}
//4.删内存
memoryDataCenter.deleteQueue(queueName);
System.out.println("[VirtualHost] 队列删除成功！queueName=" + queueName);
}
return true;
} catch (Exception e) {
System.out.println("[VirtualHost] 队列删除失败！queueName=" + queueName);
e.printStackTrace();
return false;
}
}
2.6、绑定相关操作
创建绑定：先判断内存中是否存在这种绑定，如果存在则创建失败，如果不存在就需要看交换机和队列是否都同时存在，存在才能创建成功
删除绑定：：先判断内存中是否存在这种绑定，不存在抛出异常，如果存在，不用判定交换机和队列是否存在（反而复杂了步骤），也不用判定硬盘上有没有此绑定，直接从内存和硬盘上删除就可，因为即使硬盘中没有数据，也不会有什么副作用（本质是 MyBatis 底层调用 delete 语句进行删除）.
/**
* 创建队列交换机绑定关系
* @param queueName
* @param exchangeName
* @param bindingKey
* @return
*/
public boolean queueBind(String queueName, String exchangeName, String bindingKey) {
//1.虚拟主机前缀
queueName = virtualHostName + queueName;
exchangeName = virtualHostName + exchangeName;
try {
synchronized (exchangeLocker) {
synchronized (queueLocker) {
//2.检测内存中是否存在绑定
Binding existsBinding = memoryDataCenter.getBinding(exchangeName, queueName);
if(existsBinding != null) {
throw new MqException("[VirtualHost] 绑定已存在，创建失败！exchangeName=" + exchangeName +
"queueName=" + queueName);
}
//3.不存在，先检验 bindingKey 是否合法
if(!router.checkBindingKey(bindingKey)) {
throw new MqException("[VirtualHost] bindingKey 非法！bingdingKey=" + bindingKey);
}
//4.检验队列和交换机是否存在，不存在抛出异常
Exchange existsExchange = memoryDataCenter.getExchange(exchangeName);
if(existsExchange == null) {
throw new MqException("[VirtualHost] 交换机不存在！exchangeName=" + exchangeName);
}
MSGQueue existsQueue = memoryDataCenter.getQueue(queueName);
if(existsQueue == null) {
throw new MqException("[VirtualHost] 队列不存在！queueName=" + queueName);
}
//5.创建绑定
Binding binding = new Binding();
binding.setBindingKey(bindingKey);
binding.setQueueName(queueName);
binding.setExchangeName(exchangeName);
//6.硬盘中创建绑定的前提是队列和交换机都是持久化的，否则绑定在硬盘中无意义
if(existsQueue.isDurable() && existsExchange.isDurable()) {
diskDataCenter.insertBinding(binding);
}
//7.写内存
memoryDataCenter.insertBinding(binding);
System.out.println("[VirtualHost] 绑定创建成功！exchangeName=" + exchangeName +
"queueName=" + queueName);
}
}
return true;
} catch (Exception e) {
System.out.println("[VirtualHost] 绑定创建失败！exchangeName=" + exchangeName +
"queueName=" + queueName);
e.printStackTrace();
return false;
}
}
/**
* 删除绑定关系
* @param queueName
* @param exchangeName
* @return
*/
public boolean queueUnBind(String queueName, String exchangeName) {
//1.虚拟主机前缀
queueName = virtualHostName + queueName;
exchangeName = virtualHostName + exchangeName;
try {
//这里的加锁顺序一定要和上面的两次加锁保持一致(防止死锁)
synchronized (exchangeLocker) {
synchronized (queueLocker) {
//2.检查绑定是否存在，不存在则抛出异常
Binding binding = memoryDataCenter.getBinding(exchangeName, queueName);
if(binding == null) {
throw new MqException("[VirtualHost] 绑定不存在, 删除失败！binding=" + binding);
}
//3.直接删除硬盘数据，不用判断是否存在，因为即使不存在绑定，直接删也不会有什么副作用，因为本质就是调用 sql 删除
diskDataCenter.deleteBinding(binding);
//4.删内存
memoryDataCenter.deleteBinding(binding);
System.out.println("[VirtualHost] 绑定删除成功！queueName=" + queueName +
", exchangeName=" + exchangeName);
}
}
return true;
} catch (Exception e) {
System.out.println("[VirtualHost] 绑定删除失败！queueName=" + queueName +
", exchangeName=" + exchangeName);
e.printStackTrace();
return false;
}
}
2.7、消息相关操作
发布消息：本质就是发送消息到指定的 交换机/队列 中，首先判定 routingKey 是否合法，然后再去获取交换机，再根据不同交换机的类型进行不同的处理（不同交换机给队列发送消息的方式不同），最后调用发送消息方法
放送消息：发送消息本质上就是将消息写入 内存/硬盘 上，对于硬盘上是否要写入，就要看消息是否支持持久化（deliverMode 为 1 表示不持久化，deliverMode 为 2 表示要持久化），最后还需要补充一个逻辑，通知消费者可以消费消息了（这里先不补充了，下一章会讲到）.
Ps：这里对于直接交换机，约定以 routingKey 作为队列名称，直接将消息发送给指定的队列，也就可以直接无视绑定关系了（这是实际开发中最常用的场景，因此这里这样设定）
/**
* 发送消息到指定的 交换机/队列 中
* @param exchangeName
* @return
*/
public boolean basicPublish(String exchangeName, String routingKey, BasicProperties basicProperties, byte[] body) {
//1.虚拟主机前缀
exchangeName = virtualHostName + exchangeName;
try {
//2.判定 routingKey 是否合法
if(!router.checkRoutingKey(routingKey)) {
throw new MqException("[VirtualHost] routingKey 非法！routingKey=" + routingKey);
}
//3.获取交换机
Exchange exchange = memoryDataCenter.getExchange(exchangeName);
if(exchange == null) {
throw new MqException("[VirtualHost] 交换机不存在，消息发送失败！exchangeName=" + exchangeName);
}
//4.判定交换机类型
if(exchange.getType() == ExchangeType.DIRECT) {
//直接交换机转发消息，以 routingKey 作为队列名字
//直接把消息写入指定队列，也就可以无视绑定关系(这是实际开发环境中最常用的，因此这里这样设定)
String queueName = virtualHostName + routingKey;
//5.构造消息对象
Message message = Message.createMessageWithId(routingKey, basicProperties, body);
//6.查找该队列名对应的对象
MSGQueue queue = memoryDataCenter.getQueue(queueName);
if(queue == null) {
throw new MqException("[VirtualHost] 队列不存在！queueName=" + queueName);
}
//7.发送消息
sendMessage(queue, message);
} else {
// 按照 fanout 和 topic 的方式转发
//5.找到该交换机的所有绑定，并遍历绑定对象
ConcurrentHashMap<String, Binding> bindingsMap = memoryDataCenter.getBindings(exchangeName);
for(Map.Entry<String, Binding> entry : bindingsMap.entrySet()) {
// 1) 获取到绑定对象，判定对应的队列是否存在
Binding binding = entry.getValue();
MSGQueue queue = memoryDataCenter.getQueue(binding.getQueueName());
if(queue == null) {
//此处不抛异常了，因为又多个这样的队列
//希望不要因为一个队列匹配失败，影响到其他队列
System.out.println("[VirtualHost] basicPublish 发送消息时，发现队列不存在！queueName=" + binding.getQueueName());
}
// 2) 构造消息对象
Message message = Message.createMessageWithId(routingKey, basicProperties, body);
// 3) 判定这个消息是否能转发给该队列
// 如果是 fanout。所有绑定的队列都要转发
// 如果是 topic，还需要判定下，bindingKey 和 routingKey 是不是匹配
if(!router.route(exchange.getType(), binding, message)) {
continue;
}
sendMessage(queue, message);
}
}
return true;
} catch (Exception e) {
System.out.println("[VirtualHost] 消息发送失败！exchangeName=" + exchangeName +
", routingKey=" + routingKey);
e.printStackTrace();
return false;
}
}
/**
* 发送消息
* 实际上就是把消息写道 硬盘 和 内存 上
* @param queue
* @param message
*/
private void sendMessage(MSGQueue queue, Message message) throws IOException, MqException {
//判断当前消息是否要进行持久化
//deliverMode 为 1 表示不持久化，deliverMode 为 2 表示要持久化
int deliverMode = message.getDeliverMode();
if(deliverMode == 1) {
diskDataCenter.sendMessage(queue, message);
}
//写内存
memoryDataCenter.sendMessage(queue, message);
//TODO 此处还需要补充一个逻辑，通知消费者可以消费消息了
}
2.8、补充线程安全问题
锁粒度过大，是否要调整？
这里加了很多锁，同时锁粒度还是挺大的，但也可以做出调整，细化锁粒度，但是影响不大，因为这里创建交换机、创建绑定、创建队列、删除交换机.... 这些都是属于低频操作！
既然是低频操作，所以遇到两个线程都去操作创建队列之类的情况本身概率就很低了，再加上 synchronized 本身也是偏向锁状态，只有真正遇到竞争的时候才真加锁，因此没必要调整锁粒度.
此处加锁还是十分有必要的，为了应对一些少数的极端情况.
既然 VirtualHost 这一层代码加锁了，里面的 MemoryDataCenter 中的操作是否就不需要加锁了？之前加锁是否就没意义了？
咱们也不知道这个类的方法是给哪个类调用的，当前 VirtualHost 自身保证了线程安全的，此时 VirtualHost 内部调用 MemoryDataCenter ，里面的不加锁问题也不大，但是如果是另一个别的类，也多线程调用 MemoryDataCenter，就不可预知了~~文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-671786.html
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到了这里，关于根据源码，模拟实现 RabbitMQ - 虚拟主机设计(5)的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
