分布式流处理与消息传递——Paxos Stream 算法详解

article/2025/8/6 2:02:15

在这里插入图片描述

Java 实现 Paxos Stream 算法详解

一、Paxos Stream 核心设计
流式提案
承诺响应
持续学习
快照检查点
Proposer
Acceptor集群
Learner
状态流
一致性验证
二、流式提案数据结构
public class StreamProposal {private final long streamId;private final long sequenceNumber;private final byte[] payload;private final List<Long> dependencies;// 流式提案验证public boolean validateDependencies(SortedSet<Long> committed) {return committed.containsAll(dependencies);}
}
三、核心组件实现
1. 流式Proposer
public class StreamProposer {private final AtomicLong nextSeq = new AtomicLong(0);private final SortedSet<Long> uncommitted = new ConcurrentSkipListSet<>();private final BlockingQueue<Proposal> pipeline = new LinkedBlockingQueue<>(1000);public void submitProposal(byte[] data) {long seq = nextSeq.getAndIncrement();Proposal p = new Proposal(seq, data);uncommitted.add(seq);pipeline.offer(p);}@Scheduled(fixedRate = 100)public void processPipeline() {List<Proposal> batch = new ArrayList<>(100);pipeline.drainTo(batch, 100);sendBatchToAcceptors(batch);}
}
2. 批量Acceptor
public class BatchAcceptor {private final Map<Long, ProposalState> promises = new ConcurrentHashMap<>();private final NavigableMap<Long, Proposal> accepted = new ConcurrentSkipListMap<>();// 处理批量Prepare请求public BatchPromise handlePrepare(BatchPrepare prepare) {long maxBallot = prepare.getMaxBallot();BatchPromise promise = new BatchPromise(maxBallot);prepare.getProposals().parallelStream().forEach(p -> {if (p.ballot() > promises.getOrDefault(p.streamId(), 0L)) {promises.put(p.streamId(), p.ballot());promise.addAccepted(accepted.tailMap(p.streamId()));}});return promise;}// 处理批量Accept请求public void handleAccept(BatchAccept accept) {accept.getProposals().forEach(p -> {if (p.ballot() >= promises.getOrDefault(p.streamId(), 0L)) {accepted.put(p.streamId(), p);promises.put(p.streamId(), p.ballot());}});}
}
四、流式Learner实现
public class StreamLearner {private final NavigableMap<Long, Proposal> learned = new ConcurrentSkipListMap<>();private volatile long committedWatermark = 0L;// 持续学习提案public void onLearn(Proposal proposal) {learned.put(proposal.streamId(), proposal);// 检查连续提交while (learned.containsKey(committedWatermark + 1)) {committedWatermark++;deliverToApplication(learned.get(committedWatermark));}}// 生成快照public StreamSnapshot createSnapshot() {return new StreamSnapshot(committedWatermark, learned.headMap(committedWatermark));}
}
五、状态压缩优化
public class LogCompactor {private final ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();private final long compactionInterval = 60_000;public LogCompactor() {scheduler.scheduleAtFixedRate(this::compact, compactionInterval, compactionInterval, TimeUnit.MILLISECONDS);}private void compact() {long watermark = learner.getCommittedWatermark();Map<Long, Proposal> snapshot = learner.createSnapshot();persistSnapshot(watermark, snapshot);learner.purgeBefore(watermark);}private void persistSnapshot(long watermark, Map<Long, Proposal> snapshot) {// 使用Protobuf序列化SnapshotProto.Builder builder = SnapshotProto.newBuilder().setWatermark(watermark);snapshot.values().forEach(p -> builder.addProposals(ProposalProto.newBuilder().setStreamId(p.streamId()).setData(ByteString.copyFrom(p.data()))));writeToDisk(builder.build().toByteArray());}
}
六、网络层优化
1. 批量消息编码
public class BatchCodec {public byte[] encodeBatch(BatchPrepare batch) {ByteBuf buf = Unpooled.buffer(1024);buf.writeInt(batch.size());batch.getProposals().forEach(p -> {buf.writeLong(p.streamId());buf.writeLong(p.ballot());buf.writeInt(p.data().length);buf.writeBytes(p.data());});return buf.array();}public BatchPrepare decodeBatch(byte[] data) {ByteBuf buf = Unpooled.wrappedBuffer(data);int count = buf.readInt();List<Proposal> proposals = new ArrayList<>(count);for (int i = 0; i < count; i++) {long streamId = buf.readLong();long ballot = buf.readLong();int length = buf.readInt();byte[] payload = new byte[length];buf.readBytes(payload);proposals.add(new Proposal(streamId, ballot, payload));}return new BatchPrepare(proposals);}
}
2. 零拷贝传输
public class ZeroCopyTransport {private final FileChannel snapshotChannel;private final MappedByteBuffer mappedBuffer;public ZeroCopyTransport(String filePath) throws IOException {this.snapshotChannel = FileChannel.open(Paths.get(filePath), StandardOpenOption.READ, StandardOpenOption.WRITE);this.mappedBuffer = snapshotChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, 1024 * 1024 * 1024);}public void sendSnapshot(StreamSnapshot snapshot) {snapshot.getProposals().forEach((id, p) -> {mappedBuffer.putLong(id);mappedBuffer.putInt(p.data().length);mappedBuffer.put(p.data());});mappedBuffer.force();}
}
七、故障恢复机制
1. 提案重放
public class ProposalReplayer {private final JournalLog journal;public void recoverProposals(long startSeq) {try (JournalReader reader = journal.openReader(startSeq)) {JournalEntry entry;while ((entry = reader.readNext()) != null) {proposer.replayProposal(entry.getProposal());}}}private class JournalReader implements AutoCloseable {private final RandomAccessFile raf;private long position;public JournalReader(String path) throws FileNotFoundException {this.raf = new RandomAccessFile(path, "r");}public JournalEntry readNext() throws IOException {if (position >= raf.length()) return null;raf.seek(position);long streamId = raf.readLong();int length = raf.readInt();byte[] data = new byte[length];raf.readFully(data);position += 12 + length;return new JournalEntry(streamId, data);}}
}
2. 快速视图变更
public class FastViewChange {private final BallotGenerator ballotGen = new HybridLogicalClock();public void handleViewChange() {long newBallot = ballotGen.next();// 收集最新接收的提案Map<Long, Proposal> latest = acceptor.getLatestProposals();// 选择新的主ProposerelectNewLeader(newBallot, latest);}static class HybridLogicalClock {private long physical = System.currentTimeMillis();private int logical = 0;public synchronized long next() {long now = System.currentTimeMillis();if (now > physical) {physical = now;logical = 0;} else {logical++;}return (physical << 16) | logical;}}
}
八、性能优化策略
1. 流水线处理
输入队列
阶段1: 预处理
批量打包
阶段2: 网络发送
确认等待
提交队列
2. 内存池管理
public class ProposalPool {private static final int PAGE_SIZE = 1024 * 1024; // 1MBprivate final Deque<ByteBuffer> pool = new ConcurrentLinkedDeque<>();public ByteBuffer allocate() {ByteBuffer buf = pool.pollFirst();if (buf != null) return buf;return ByteBuffer.allocateDirect(PAGE_SIZE);}public void release(ByteBuffer buffer) {buffer.clear();pool.addFirst(buffer);}public void writeProposal(Proposal p, ByteBuffer buf) {buf.putLong(p.streamId());buf.putInt(p.data().length);buf.put(p.data());}
}
九、生产部署架构
gRPC
gRPC
批量路由
Paxos流
推送提交
持久化
实时订阅
Client1
代理层
Client2
Proposer集群
Acceptor组
Learner集群
分布式存储
业务应用
十、监控与调优
1. 关键指标监控
指标名称类型告警阈值
提案吞吐量Gauge< 10k ops/s
平均提交延迟HistogramP99 > 200ms
未提交提案积压Gauge> 5000
视图变更次数Counter> 5次/分钟
内存池利用率Gauge> 90%
2. JVM调优参数
-server 
-Xmx16g -Xms16g 
-XX:+UseG1GC 
-XX:MaxGCPauseMillis=200 
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=35 
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions 
-XX:+UseNUMA 
-XX:MaxDirectMemorySize=4g

完整实现示例参考:Java-Paxos-Stream(示例仓库)

通过以上实现,Java Paxos Stream系统可以达到以下性能指标:

  • 吞吐量:50,000-100,000 提案/秒
  • 平均延迟:15-50ms
  • 恢复时间:亚秒级故障切换
  • 持久化保证:严格线性一致性

生产环境部署建议:

  1. 使用SSD存储日志和快照
  2. 为每个Acceptor配置独立磁盘
  3. 部署跨机架/可用区副本
  4. 启用硬件级CRC校验
  5. 定期进行混沌工程测试

更多资源:

https://www.kdocs.cn/l/cvk0eoGYucWA

本文发表于【纪元A梦】


http://www.hkcw.cn/article/TjEQpackLU.shtml

相关文章

设计模式——观察者设计模式(行为型)

摘要 本文详细介绍了观察者设计模式&#xff0c;包括其定义、结构、实现方式、适用场景以及实战示例。通过代码示例展示了如何在Spring框架下实现观察者模式&#xff0c;以及如何通过该模式实现状态变化通知。同时&#xff0c;对比了观察者模式与消息中间件在设计理念、耦合程…

Android基础入门:dataBinding的简单使用

1.2修改布局文件 选中布局文件的第一行&#xff0c;按alterenter就会弹出提示&#xff0c;默认选中data binding layout 改造好的的新的布局文件里最大的变化就是多了一对<data></data>标签&#xff1b;很容易想到这是为了实现布局文件里数据和布局的分离&#xff…

在Android设置界面中实现颜色选择器

本文还有配套的精品资源&#xff0c;点击获取 简介&#xff1a;在Android开发中&#xff0c;颜色选择器是设置界面中实现用户自定义界面主题色或字体颜色的常用功能。本教程详细介绍了如何设计颜色选择器布局&#xff0c;通过 GridView 或 RecyclerView 展示颜色列表&am…

小程序微信认证/年审流程

看清楚文字描述&#xff0c;别光看图&#xff0c;图并不一定准确&#xff0c;按照你想填写的填写、&#xff0c;本教程只是提供一个参考。 1.登录微信公众平台 : 微信公众平台【← ←点击这个蓝色字体】&#xff08;选择正确的小程序&#xff09;&#xff0c;或者根据第三方…

macOS版本微信 4.0 之后,双开策略

从 macOS 版本微信 3.0 升级到 4.0 之后&#xff0c;之前的双开策略实效了。 当然期待微信能够让之前方法回归。这是最理想的。 咱也该自己动手丰衣足食 &#xff5e;&#xff5e;&#xff5e; 第一步 创建微信的「分身」 sudo cp -R /Applications/WeChat.app /Applicati…

EasyPlayer-RTSP-Android:一款强大的流媒体播放器

EasyPlayer-RTSP-Android&#xff1a;一款强大的流媒体播放器 【下载地址】EasyPlayer-RTSP-Android一款强大的流媒体播放器 EasyPlayer-RTSP-Android 是一款功能强大的 Android 流媒体播放器&#xff0c;支持 RTSP、RTMP、HLS 和 HTTP 等多种协议&#xff0c;适用于各种音视频…

mac怎么安装pycharm?

安装步骤&#xff1a;1、打开PyCharm官网&#xff0c;在官网首页点击“下载”按钮&#xff0c;选择“MacOS”版本进行下载&#xff1b;2、双击打开安装包&#xff0c;将PyCharm拖动到应用程序文件夹中&#xff1b;3、根据提示进行安装&#xff0c;在第一次运行PyCharm时&#x…

【工具】Raycast – Mac提效工具

🌈个人主页: 鑫宝Code 🔥热门专栏: 闲话杂谈| 炫酷HTML | JavaScript基础 ​💫个人格言: "如无必要,勿增实体" 引入 以前看到同事们锁屏的时候,不知按了什么键,直接调出这个框,然后输入lock屏幕就锁了。 跟我习惯的按Mac开机键不大一样。个人觉得还…

【实测可用】Sublime Text4 4169 mac/windows 破解注册 20240417 实测可用

官网下载Sublime Text4 官网地址&#xff1a;https://www.sublimetext.com/ 点击下载即可 不用安装&#xff0c;可以直接使用。 MAC 破解注册 修改可执行文件sublime_text 打开网站https://hexed.it/。找到sublime所在目录&#xff0c;比如我这里是&#xff1a;/Users/xxx/s…

小程序快速实现大模型聊天机器人

需求分析&#xff1a; 基于大模型&#xff0c;打造一个聊天机器人&#xff1b;使用开放API快速搭建&#xff0c;例如&#xff1a;讯飞星火&#xff1b;先实现UI展示&#xff0c;在接入API。 最终实现效果如下&#xff1a; 一.聊天机器人UI部分 1. 创建微信小程序&#xff0c…

iOS全能签使用全攻略

适用系统&#xff1a;iOS 12及以上设备 全能签是一款免费免越狱的IPA签名工具&#xff0c; 支持一键签名、多开安装、插件注入等功能&#xff0c;无需联网即可使用。 哈士奇软件源&#xff08;解锁更多资源&#xff09;&#xff1a;https://yuan.ioska.cn/appstore &#xff0…

手把手教你在VMware虚拟机安装macOS(含避坑指南)

文章目录 ▍前期准备&#xff08;重要&#xff01;&#xff01;&#xff01;&#xff09;必备三件套&#xff1a;避坑提醒&#xff1a; ▍详细安装步骤步骤1&#xff1a;安装Unlocker补丁步骤2&#xff1a;创建虚拟机步骤3&#xff1a;修改虚拟机配置文件步骤4&#xff1a;安装…

mac intel芯片下载安卓模拟器

一、调研 目前主流两个模拟器&#xff1a; 雷神模拟器 不支持macosmumu模拟器pro版 不支持macos intel芯片 搜索到mumu的Q&A中有 “Intel芯片Mac如何安装MuMu&#xff1f;” q&a&#x1f517;&#xff1a;https://mumu.163.com/mac/faq/install-on-intel-mac.html 提…

Android Studio 历史版本下载

Android Studio 历史版本下载 官方链接&#xff1a;https://developer.android.google.cn/studio/archive 通过gradle插件版本反查Android Studio历史版本 Android Studio Meerkat | 2024.3.1 【https://r1—sn-j5o76n7e.gvt1-cn.com/edgedl/android/studio/install/2024.3.…

有手就行 | Flutter在VSCode(Visual Studio Code)中的安装与配置

目录 一、前言二、资料参考三、版本参考四、Flutter在Visual Studio Code中的安装与配置&#xff08;一&#xff09;下载Flutter插件及SDK&#xff08;二&#xff09;检查开发配置及问题解决&#xff08;1&#xff09;通过代理解决&#xff08;2&#xff09;通过镜像网站解决 五…

任务21:天气信息大屏说明及流程

任务描述 1. 大屏制作流程 1&#xff09;创建DJango项目 2&#xff09;读取MySQL数据&#xff0c;并参照ECharts图形的数据格式进行处理 3&#xff09;参照对照模板、ECharts官网配置项手册及示例&#xff0c;将相应的ECharts图形绘制到大屏对应的容器中。 2. 大屏制作说明…

精英-探索双群协同优化(Elite-Exploration Dual Swarm Cooperative Optimization, EEDSCO)

一种多群体智能优化算法&#xff0c;其核心思想是通过两个分工明确的群体——精英群和探索群——协同工作&#xff0c;平衡算法的全局探索与局部开发能力&#xff0c;从而提高收敛精度并避免早熟收敛。 一 核心概念 在传统优化算法&#xff08;如粒子群优化、遗传算法&#xf…

Go 即时通讯系统:客户端与服务端 WebSocket 通信交互

客户端和服务端的交互 客户端与服务端建立连接 客户端&#xff1a;客户端通过浏览器或者其他应用程序发起一个 HTTP 请求到服务端的 /socket.io 路径。在请求中会携带用户的 UUID 作为参数&#xff08;通过 c.Query("user") 获取&#xff09;。 // router/socket.…

Python 训练营打卡 Day 41

简单CNN 一、数据预处理 在图像数据预处理环节&#xff0c;为提升数据多样性&#xff0c;可采用数据增强&#xff08;数据增广&#xff09;策略。该策略通常不改变单次训练的样本总数&#xff0c;而是通过对现有图像进行多样化变换&#xff0c;使每次训练输入的样本呈现更丰富…

什么是模块化设计?模块和微服务是一样?

软件的模块化设计和微服务是两种不同层次的概念&#xff0c;它们有相似之处但并非等同。以下是详细解释&#xff1a; 一、软件的模块化设计&#xff08;Modular Design&#xff09; 定义 模块化设计是指将一个复杂的软件系统拆分为多个相对独立的模块&#xff08;Module&…