消息存储

日志文件格式

一个topic可以认为一个一类消息，每个topic将被分成多个partition，每个partition在存储层面是append log文件。

在Kafka文件存储中，同一个topic下有多个不同partition，每个partition为一个目录，partiton命名规则为topic名称+有序序号，第一个partiton序号从0开始，序号最大值为partitions数量减1。

• 每个partion（目录）相当于一个巨型文件被平均分配到多个大小相等segment（段）数据文件中。但每个段segment file消息数量不一定相等，这种特性方便old segment file快速被删除。
• 每个partiton只需要支持顺序读写就行了，segment文件生命周期由服务端配置参数决定。

这样做的好处就是能快速删除无用文件，有效提高磁盘利用率。

• segment file组成：由2大部分组成，分别为index file和data file，此2个文件一一对应，成对出现，后缀".index"和“.log”分别表示为segment索引文件、数据文件.
• segment文件命名规则：partion全局的第一个segment从0开始，后续每个segment文件名为上一个segment文件最后一条消息的offset值。数值最大为64位long大小，20位数字字符长度，没有数字用0填充。

Segment索引与Offset查找

由于Kafka消息数据太大，如果全部建立索引，即占了空间又增加了耗时，所以Kafka选择了稀疏索引的方式，这样的话索引可以直接进入内存，加快偏查询速度。，通过mmap可以直接内存操作，稀疏索引为数据文件的每个对应message设置一个元数据指针,它比稠密索引节省了更多的存储空间，但查找起来需要消耗更多的时间。Segment中index与data file对应关系物理结构如下：

上图中索引文件存储大量元数据，数据文件存储大量消息，索引文件中元数据指向对应数据文件中message的物理偏移地址。其中以索引文件中元数据3,497为例，依次在数据文件中表示第3个message（在全局partiton表示offset为368772的message），以及该消息的物理偏移地址为497。

查找某个offset的消息，先二分法找出消息所在的segment文件（因为每个segment的命名都是以该文件中消息offset最小的值命名）；然后，加载对应的.index索引文件到内存，同样二分法找出小于等于给定offset的最大的那个offset记录（相对offset，position）；最后，根据position到.log文件中，顺序查找出offset等于给定offset值的消息。例如读取offset=368776的message，需要通过下面2个步骤查找：

• 第一步查找segment file，其中00000000000000000000.index表示最开始的文件，起始偏移量(offset)为0。第二个文件00000000000000368769.index的消息量起始偏移量为368770 = 368769 + 1.同样，第三个文件00000000000000737337.index的起始偏移量为737338=737337 + 1，其他后续文件依次类推，以起始偏移量命名并排序这些文件，只要根据offset二分查找文件列表，就可以快速定位到具体文件。当offset=368776时定位到00000000000000368769.index|log

• 第二步通过segment file查找message通过第一步定位到segment file，当offset=368776时，依次定位到00000000000000368769.index的元数据物理位置和00000000000000368769.log的物理偏移地址，然后再通过00000000000000368769.log顺序查找直到offset=368776为止。

上面讲的是如果要找某个offset的流程，但是我们大多数时候并不需要查找某个offset,只需要按照顺序读即可，而在顺序读中，操作系统会对内存和磁盘之间添加page cahe，也就是我们平常见到的预读操作，所以我们的顺序读操作时速度很快。但是kafka有个问题，如果分区过多，那么日志分段也会很多，写的时候由于是批量写，其实就会变成随机写了，随机I/O这个时候对性能影响很大。所以一般来说Kafka不能有太多的partition。针对这一点，RocketMQ把所有的日志都写在一个文件里面，就能变成顺序写，通过一定优化，读也能接近于顺序读。

Message物理结构

了解到segment data file由许多message组成，下面详细说明message物理结构如下：

参数说明如下：