深度解析：Linux消息队列的底层实现原理

一、深度解析：Linux消息队列的底层实现原理

Linux消息队列的底层实现原理

Linux消息队列是一种进程间通信的方式，它允许一个进程向另一个进程发送消息。在Linux系统中，消息队列是通过内核提供的机制来实现的，它具有高效、可靠的特点，被广泛应用于各种领域。要理解Linux消息队列的底层实现原理，首先需要了解其数据结构和内核级实现。

内核数据结构：Linux消息队列的内核级实现是基于数据结构来管理消息的。在内核中，消息队列是由系统全局唯一的一个队列数组struct msgque来管理的，每个消息队列都有一个唯一的标识符msgid。消息队列中的消息是通过struct msg结构来表示的，其中包括消息类型、消息数据和消息长度等信息。

系统调用：用户空间的进程可以通过系统调用来进行消息队列的创建、发送和接收操作。其中，msgget()系统调用用于创建或获取一个消息队列，msgsnd()系统调用用于向消息队列发送消息，msgrcv()系统调用用于从消息队列接收消息。这些系统调用最终会通过内核中的相应函数来完成消息队列操作。

内核实现：内核中的消息队列实现涉及到诸多细节，包括进程间同步、锁机制、内存管理等。其中，内核需要保证消息队列的并发访问安全，防止数据竞争和消息丢失。同时，内核还需要对消息队列的消息进行缓存管理，确保消息的可靠传递和存储。

Linux消息队列的底层实现原理涉及到系统编程、进程间通信、内核数据结构等多个方面的知识，对于想深入了解Linux操作系统内部工作原理的开发人员和系统工程师来说，是一个很有价值的研究课题。

感谢您阅读本文，相信通过本文的介绍，能够更深入地了解Linux消息队列的内部实现原理，对相关领域的开发和应用有所帮助。

二、Linux工作队列和等待队列的区别？

工作队列中是即将要调度到的任务队列，等待队列是暂时被挂起的任务队列，或者有些任务无事可做休眠状态的任务，它们会在某些条件触发时恢复换入工作队列并进入执行状态，同样在工作队列中的任务在某个时刻也可以被换入到等待队列中

三、实现循环队列中入队列主要语句？

要实现循环队列的入队操作，首先需要判断队列是否已满。如果队列已满，则无法入队。如果队列未满，则将元素插入到队尾，并更新队尾指针。

如果队尾指针已经指向队列的最后一个位置，则将队尾指针指向队列的第一个位置，实现循环。

入队操作的主要语句包括判断队列是否已满的条件语句、插入元素的语句以及更新队尾指针的语句。这些语句的具体实现会根据编程语言和数据结构的不同而有所差异。

四、rocketmq延时队列实现原理？

RocketMQ是一款开源的分布式消息系统，基于高可用分布式集群技术，提供低延时的、高可靠、万亿级容量、灵活可伸缩的消息发布与订阅服务。

它前身是MetaQ，是阿里基于Kafka的设计使用Java进行自主研发的。在2012年，阿里将其开源， 在2016年，阿里将其捐献给Apache软件基金会（Apache Software Foundation，简称为ASF），正式成为孵化项目。2017 年，Apache软件基金会宣布RocketMQ已孵化成为 Apache顶级项目（Top Level Project，简称为TLP ），是国内首个互联网中间件在 Apache上的顶级项目。

延迟消息

生产者把消息发送到消息队列中以后，并不期望被立即消费，而是等待指定时间后才可以被消费者消费，这类消息通常被称为延迟消息。

在RocketMQ中，支持延迟消息，但是不支持任意时间精度的延迟消息，只支持特定级别的延迟消息。如果要支持任意时间精度，不能避免在Broker层面做消息排序，再涉及到持久化的考量，那么消息排序就不可避免产生巨大的性能开销。

消息延迟级别分别为1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h，共18个级别。在发送消息时，设置消息延迟级别即可，设置消息延迟级别时有以下3种情况：

设置消息延迟级别等于0时，则该消息为非延迟消息。

设置消息延迟级别大于等于1并且小于等于18时，消息延迟特定时间，如：设置消息延迟级别等于1，则延迟1s；设置消息延迟级别等于2，则延迟5s，以此类推。

设置消息延迟级别大于18时，则该消息延迟级别为18，如：设置消息延迟级别等于20，则延迟2h。

延迟消息示例

首先，写一个消费者，用于消费延迟消息：

再写一个延迟消息的生产者，用于发送延迟消息：

运行生产者以后，就会发送一条延迟消息：

10秒钟后，消费者收到的这条延迟消息：

延迟消息的原理分析

以下分析的RocketMQ源码的版本号是4.7.1，版本不同源码略有差别。

CommitLog

在org.apache.rocketmq.store.CommitLog中，针对延迟消息做了一些处理：

可以看到，每一个延迟消息的主题都被暂时更改为SCHEDULE_TOPIC_XXXX，并且根据延迟级别延迟消息变更了新的队列Id。接下来，处理延迟消息的就是org.apache.rocketmq.store.schedule.ScheduleMessageService。

ScheduleMessageService

ScheduleMessageService是由org.apache.rocketmq.store.DefaultMessageStore进行初始化的，初始化包括构造对象和调用load方法。最后，再执行ScheduleMessageService的start方法：

遍历所有延迟级别，根据延迟级别获得对应队列的偏移量，如果偏移量不存在，则设置为0。然后为每个延迟级别创建定时任务，第一次启动任务延迟为1秒，第二次及以后的启动任务延迟才是延迟级别相应的延迟时间。

然后，又创建了一个定时任务，用于持久化每个队列消费的偏移量。持久化的频率由flushDelayOffsetInterval属性进行配置，默认为10秒。

定时任务

ScheduleMessageService的start方法执行之后，每个延迟级别都创建自己的定时任务，这里的定时任务的具体实现就在DeliverDelayedMessageTimerTask类之中，它核心代码是executeOnTimeup方法之中，我们来看一下主要部分：

如果没有获取到对应的消息队列，则在DELAY_FOR_A_WHILE（默认为100）毫秒后再执行任务。如果获取到了，就继续执行下面操作：

如果没有获取到有效消息，则在DELAY_FOR_A_WHILE（默认为100）毫秒后再执行任务。如果获取到了，就继续执行下面操作：

如果当前消息不到消费的时间，则在countdown毫秒后再执行任务。如果到消费的时间，就继续执行下面操作：

如果获取到消息，则继续执行下面操作：

清除了消息的延迟级别，并且恢复了真正的消息主题和队列Id，重新把消息发送到真正的消息队列上以后，消费者就可以立即消费了。

总结

经过以上对源码的分析，可以总结出延迟消息的实现步骤：

如果消息的延迟级别大于0，则表示该消息为延迟消息，修改该消息的主题为SCHEDULE_TOPIC_XXXX，队列Id为延迟级别减1。

消息进入SCHEDULE_TOPIC_XXXX的队列中。

定时任务根据上次拉取的偏移量不断从队列中取出所有消息。

根据消息的物理偏移量和大小再次获取消息。

根据消息属性重新创建消息，清除延迟级别，恢复原主题和队列Id。

重新发送消息到原主题的队列中，供消费者进行消费。

五、kafka延时队列实现原理？

延迟队列存储的是对应的延迟消息，所谓“延迟消息”是指当消息被发送以后，并不想让消费者立刻拿到消息，而是等待特定时间后，消费者才能拿到这个消息进行消费。

基于消息的延迟：指为每条消息设置不同的延迟时间，那么每当队列中有新消息进入的时候就会重新根据延迟时间排序，当然这也会对性能造成极大的影响。

基于队列的延迟： 设置不同延迟级别的队列，比如5s、10s、30s、1min、5mins、10mins等，每个队列中消息的延迟时间都是相同的，这样免去了延迟排序所要承受的性能之苦，通过一定的扫描策略（比如定时）即可投递超时的消息。

六、kafka延迟队列如何实现？

在发送延时消息的时候并不是先投递到要发送的真实主题（real_topic）中，而是先投递到一些 Kafka 内部的主题（delay_topic）中，这些内部主题对用户不可见，

然后通过一个自定义的服务拉取这些内部主题中的消息，并将满足条件的消息再投递到要发送的真实的主题中，消费者所订阅的还是真实的主题。

七、websocket怎么实现消息队列？

websocket是双向链接的。当成功连接之后，你可以获得一个客户端的socket。在需要主动发送数据的时候，只需要socket.send就可以发送数据了。当然前提是这个socket要依然有效。

八、Linux中的工作队列？

-P 是指定一个打印机， 一个主机可以连好几个打印机。 -P 是指定其中的一个。

-Plj5 是 指定 被主机识别为 lj5 的这个打印机。

lpq/lprm 加上-P的参数表示 可以查看 指定打印机下的打印队列 ，以及删除指 定打印机队列 中的某一个任务。

九、linux消息队列的优缺点？

优点:

消息队列提供了一种从进程向另一个进程发送一个数据块的方法。每个数据块都被认为是用一个类型，接收者进程接收的数据块可以有不同的类型值。我们可以通过发送消息来避免命名管道的同步和阻塞的问题。消息队列与管道不同的事，消息队列是基于消息的，而管道是基于字节流的，且消息队列的读取不一定是先入先出。

缺点:

消息队列和命名管道有一样的不足，就是每个消息的最大长度是有上限的(MSGMAX)，每个消息队列的总的字节数是有上限的(MSGMNB)，系统上消息队列的总数也是有一个上限(MSGMNI)。

十、rocketmq任意时间队列实现原理？

RocketMQ是一款开源的分布式消息系统，基于高可用分布式集群技术，提供低延时的、高可靠、万亿级容量、灵活可伸缩的消息发布与订阅服务。

它前身是MetaQ，是阿里基于Kafka的设计使用Java进行自主研发的。在2012年，阿里将其开源， 在2016年，阿里将其捐献给Apache软件基金会（Apache Software Foundation，简称为ASF），正式成为孵化项目。2017 年，Apache软件基金会宣布RocketMQ已孵化成为 Apache顶级项目（Top Level Project，简称为TLP ），是国内首个互联网中间件在 Apache上的顶级项目。

延迟消息

生产者把消息发送到消息队列中以后，并不期望被立即消费，而是等待指定时间后才可以被消费者消费，这类消息通常被称为延迟消息。

在RocketMQ中，支持延迟消息，但是不支持任意时间精度的延迟消息，只支持特定级别的延迟消息。如果要支持任意时间精度，不能避免在Broker层面做消息排序，再涉及到持久化的考量，那么消息排序就不可避免产生巨大的性能开销。

消息延迟级别分别为1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h，共18个级别。在发送消息时，设置消息延迟级别即可，设置消息延迟级别时有以下3种情况：

设置消息延迟级别等于0时，则该消息为非延迟消息。

设置消息延迟级别大于等于1并且小于等于18时，消息延迟特定时间，如：设置消息延迟级别等于1，则延迟1s；设置消息延迟级别等于2，则延迟5s，以此类推。

设置消息延迟级别大于18时，则该消息延迟级别为18，如：设置消息延迟级别等于20，则延迟2h。

延迟消息示例

首先，写一个消费者，用于消费延迟消息：

再写一个延迟消息的生产者，用于发送延迟消息：

运行生产者以后，就会发送一条延迟消息：

10秒钟后，消费者收到的这条延迟消息：

延迟消息的原理分析

以下分析的RocketMQ源码的版本号是4.7.1，版本不同源码略有差别。

CommitLog

在org.apache.rocketmq.store.CommitLog中，针对延迟消息做了一些处理：

可以看到，每一个延迟消息的主题都被暂时更改为SCHEDULE_TOPIC_XXXX，并且根据延迟级别延迟消息变更了新的队列Id。接下来，处理延迟消息的就是org.apache.rocketmq.store.schedule.ScheduleMessageService。

ScheduleMessageService

ScheduleMessageService是由org.apache.rocketmq.store.DefaultMessageStore进行初始化的，初始化包括构造对象和调用load方法。最后，再执行ScheduleMessageService的start方法：

遍历所有延迟级别，根据延迟级别获得对应队列的偏移量，如果偏移量不存在，则设置为0。然后为每个延迟级别创建定时任务，第一次启动任务延迟为1秒，第二次及以后的启动任务延迟才是延迟级别相应的延迟时间。

然后，又创建了一个定时任务，用于持久化每个队列消费的偏移量。持久化的频率由flushDelayOffsetInterval属性进行配置，默认为10秒。

定时任务

ScheduleMessageService的start方法执行之后，每个延迟级别都创建自己的定时任务，这里的定时任务的具体实现就在DeliverDelayedMessageTimerTask类之中，它核心代码是executeOnTimeup方法之中，我们来看一下主要部分：

如果没有获取到对应的消息队列，则在DELAY_FOR_A_WHILE（默认为100）毫秒后再执行任务。如果获取到了，就继续执行下面操作：

如果没有获取到有效消息，则在DELAY_FOR_A_WHILE（默认为100）毫秒后再执行任务。如果获取到了，就继续执行下面操作：

如果当前消息不到消费的时间，则在countdown毫秒后再执行任务。如果到消费的时间，就继续执行下面操作：

如果获取到消息，则继续执行下面操作：

清除了消息的延迟级别，并且恢复了真正的消息主题和队列Id，重新把消息发送到真正的消息队列上以后，消费者就可以立即消费了。

总结

经过以上对源码的分析，可以总结出延迟消息的实现步骤：

如果消息的延迟级别大于0，则表示该消息为延迟消息，修改该消息的主题为SCHEDULE_TOPIC_XXXX，队列Id为延迟级别减1。

消息进入SCHEDULE_TOPIC_XXXX的队列中。

定时任务根据上次拉取的偏移量不断从队列中取出所有消息。

根据消息的物理偏移量和大小再次获取消息。

根据消息属性重新创建消息，清除延迟级别，恢复原主题和队列Id。

重新发送消息到原主题的队列中，供消费者进行消费。