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下一代云原生消息流平台 Apache Pulsar 消息保留和过期策略设计

The following article is from 腾讯云中间件 Author 冉小龙

导读

Apache Pulsar 是 Apache 软件基金会顶级项目,是下一代云原生分布式消息流平台,集消息、存储、轻量化函数式计算为一体,采用计算与存储分离架构设计,支持多租户、持久化存储、多机房跨区域数据复制,具有强一致性、高吞吐、低延时及高可扩展性等流数据存储特性。


作者介绍


冉小龙


腾讯云微服务产品中心研发工程师
Apache Pulsar Committer
Apache BookKeeper Contributor




默认情况下,Pulsar Broker 会对消息做如下处理:


  • 当消息被 Consumer 确认之后,会立即执行删除操作。
  • 对于未被确认的消息会存储到 backlog 中。


但是,很多线上的生产环境下,这种默认行为并不能满足我们的生产需求,所以,Pulsar 提供了如下配置策略来覆盖这些行为:


  • Retention 策略:用户可以将 Consumer 已经确认的消息保留下来。
  • TTL 策略:对于未确认的消息,用户可以通过设置 TTL 来使未确认的消息到达已经确认的状态。


上述两种策略的设置都是在 NameSpace 的级别进行设置



Retention 策略


Retention 策略的设置提供了两种方式:


  • 消息的大小,默认值:defaultRetentionSizeInMB=0
  • 消息被保存的时间,默认值:defaultRetentionTimeInMinutes=0


我们可以在 broker.conf 中对这两项内容进行配置也可以通过命令行的形式。上文提到过,这两种策略的设置,都是在 NameSpace 的级别进行设置,所以当我们使用命令行配置时,使用 NameSpaces 来进行配置,具体如下:


root@e6df71e544ea:/pulsar# ./bin/pulsar-admin namespaces set-retentionThe following options are required: --size, -s --time, -t
Set the retention policy for a namespaceUsage: set-retention [options] tenant/namespace Options: * --size, -s Retention size limit (eg: 10M, 16G, 3T). 0 or less than 1MB means no retention and -1 means infinite size retention * --time, -t Retention time in minutes (or minutes, hours, days, weeks eg: 100m, 3h, 2d, 5w). 0 means no retention and -1 means infinite time retention


如上所示:我们可以通过 -s 或者 -t 来指定我们需要配置的大小或者时间。


当你设置 Retention 策略之后,可以通过如下命令来查看具体的信息:


$ pulsar-admin namespaces get-retention [your tenant]/[your-namespace]{ "retentionTimeInMinutes": 10, "retentionSizeInMB": 0}



Backlog


backlog 是未被确认消息的集合,它有一个大前提是,这些消息所在的 Topic 是被 Broker 所持久化的,在默认情况下,用户创建的 Topic 都会被持久化。换句话说,Pulsar Broker 会将所有未确认或者未处理的消息都存放到 backlog 中。


同样的,我们可以在 NameSpace 级别对 backlog 的大小进行配置。需要注意的是,对 backlog 进行配置时,我们需要明确以下两点:


  • 在当前的 NameSpace 下,每一个 Topic 允许的大小是多少
  • 如果超过设定的 backlog 的阈值,将会执行哪些操作


当超过设定的 backlog 的阈值,Pulsar 提供了以下三种策略供用户选择:



你可以通过 set-backlog-quota 在 NameSpace 级别对 backlog 进行配置,具体如下:


root@e6df71e544ea:/pulsar# ./bin/pulsar-admin namespaces set-backlog-quotaThe following options are required: -l, --limit -p, --policy
Set a backlog quota policy for a namespaceUsage: set-backlog-quota [options] tenant/namespace Options: * -l, --limit Size limit (eg: 10M, 16G) * -p, --policy Retention policy to enforce when the limit is reached. Valid options are: [producer_request_hold, producer_exception, consumer_backlog_eviction]


如上所示,set-backlog-quota 提供了两个参数,-l 用来指定你设置 backlog 的大小,-p 用来指定,当超过你设置的 backlog 的阈值之后,Broker 将会执行的策略。


当你设置 backlog 之后,可以通过如下命令,查看相应的信息:


$ pulsar-admin namespaces get-backlog-quotas [your tenant]/[your namespace]{ "destination_storage": { "limit" : 2147483648, "policy" : "producer_request_hold" }}


如果你期望取消 backlog 的配置,可以使用如下命令:


$ pulsar-admin namespaces remove-backlog-quota [your tenant]/[your namespace]


当有消息积压时,你可以通过 clear-backlog 来清除积压的消息。清除 backlog 中积压的消息是相对危险的操作,所以系统会提示你,是否确认要删除 backlog 中的消息, clear-backlog 提供了 -f(--force) 的参数来屏蔽该提示。


$ pulsar-admin namespaces clear-backlog [your tenant]/[your namespace]



Time To Live (TTL)


默认情况下,Pulsar 会持久化所有未被确认的消息。如果未被确认的消息有很多,这种策略会造成大量的消息被积压,导致磁盘空间增大。有些场景下,消息并不需要被持久化,用户更期望的行为是,将这些未被确认的消息直接丢弃。这种情况下,你可以通过设置 TTL 使得未被确认的消息进入到被确认的状态,当超过设定的 TTL 时间之后,配合相应的 Retention 策略将消息丢弃。


TTL 的一个典型使用场景是,当 Consumer 由于某些原因出现故障,不能正常消费消息,这时 Producer 还在不断的往 Topic 中生产消息,会造成 Topic 中有大量的未确认的消息出现,这时你可以通过设置 TTL 将这些未确认的消息变为已确认的状态。


同样的,你可以在 Namesapce 级别下,通过指定 set-message-ttl 对 TTL 进行设置,具体命令如下:



root@e6df71e544ea:/pulsar# ./bin/pulsar-admin namespaces set-message-ttlThe following option is required: --messageTTL, -ttl
Set Message TTL for a namespaceUsage: set-message-ttl [options] tenant/namespace Options: * --messageTTL, -ttl Message TTL in seconds Default: 0



如上所示,set-message-ttl 只有一个参数 -ttl,单位为秒,默认值为 0。


当你设置 TTL 策略之后,可以通过 get-message-ttl 查看相应的配置信息,具体如下:


$ pulsar-admin namespaces get-message-ttl [your tenant]/[your namespace]60



TTL、Backlog 与 Retention 的区别和联系


在上述的描述过程中,可以发现,TTL 只去处理一件事情,将未被确认的消息变为被确认的状态,TTL 本身不会去涉及相应的删除操作,具体如下图所示:



  1. 在 T1 阶段,m1-m5 这 5 条消息被确认,m6-m10 这 5 条消息未被确认
  2. 在 T2 阶段,对 m6、m7、m8 这三条消息设置 TTL 策略
  3. 在 T3 阶段,到达 TTL 设定的阈值,m6、m7、m8 这三条消息被确认


通过上图可以看到,对于 backlog 中未被确认的消息,当你设置 TTL 之后,会将未确认消息的状态变为确认的状态。TTL 在这里所起到的作用就是将消息的 Cursor 从 m5 移动到 m8,m6、m7、m8 这三条消息变为已确认状态。


Pulsar 是一个 multiple-subscription 的消息系统,对于 Topic 中的一条消息,只有当所有订阅者都对这条消息 ack 或者消费了,它才能被删除。


默认情况下,Pulsar Broker 会将所有未确认的消息持久化到 backlog 中。TTL 的功能是,你可以将这些未被确认的消息变为被确认的状态,而 Retention 所关注的点是,当消息处于被确认的状态时,你可以对已确认的消息进行的保留策略是什么。换句话说,backlog 是针对未确认的消息,Broker 所做的处理是什么。Retention 是针对已确认的消息,Broker 所做的保留策略是什么。



TTL 与死信队列


死信队列的相关介绍在此不做赘述。


在生产环境中,有时可能遇到质量差的数据是由于上游的原因导致的,必须由上游来解决,继续尝试处理其它的消息已经没有意义,这时候用户希望在发生错误时立即停止处理。Pulsar 中提供了一种特殊的 Topic——死信队列。


死信队列与 TTL 都可以将未确认的消息变为已确认的状态。他们之间主要的不同在于,在上图中的 T2 阶段,TTL 只是将未确认的消息变为已确认的状态,死信队列的做法是将消息丢弃到死信队列中,m6、m7、m8 这三条消息变为被确认的状态。m9、m10 这两条有效消息会正常处理,Broker 也会继续运行。之后,你可以从死信队列中检查无效消息,并根据需要忽略或修复并重新处理。用户可以根据自己的需求来确定未确认的消息是通过 TTL 的形式将其变为确认状态还是通过死信队列的方式来实现,依据的主要标准就是看你需不要处理消费不了的消息。



使用问题


  • 场景一:

启动 Producer 往 Broker 发送消息,设置了 TTL ,没有启动 Consumer,同时设置了 Retention 策略为半小时,到达 Retention 的阈值之后,发现设置 TTL 的消息并没有被移除,这是为什么呢?


在上述场景中,有一个问题需要注意,没有启动 Consumer,在上面我们说到,TTL 是将消息设置的 Cousor 向前移动,如果没有启动 Consumer,相当于 Cousor 没有被初始化,也就是如果没有 Consumer,你就没有必要去设置 TTL。


  • 场景二:


我设置了Retention 策略,但是到达了 Retention 的阈值,Topic 中的数据并没有被删除掉,这是为什么呢?


这个是 Pulsar 内部的一个实现机制,在 Pulsar 中 Topic 是一个逻辑的概念,一个 Topic 对应一个 manage ledger,当你写数据的时候,实际上是将数据写到了 ledger 中,还记得在之前很多文章中提到的有关 Pulsar 设计的一个核心所在:在 Pulsar 中,所有的操作都是异步的,所以当 Retention 到达指定阈值之后,是否删除对应 ledger 中的数据,这个操作也是异步的。delete 的操作是不会对当前 active 的 ledger 执行的。只有当数据写满了当前的 ledger ,ledger 发生切换时,才会去真正的执行 retention 策略。


如果想要强制执行,可以使用 pulsar-admin 将当前的 ledger 强制卸载,迫使其发生 ledger 的切换。


参考阅读



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