1、Broker（服务端）：MQ 中最核心的部分，是 MQ 的服务端，核心逻辑几乎全在这里，它为生产者和消费者提供 RPC 接口，负责消息的存储、备份和删除，以及消费关系的维护等。
2、Producer（生产者）：MQ 的客户端之一，调用 Broker 提供的 RPC 接口发送消息。
3、Consumer（消费者）：MQ 的另外一个客户端，调用 Broker 提供的 RPC 接口接收消息，同时完成消费确认。
3、详细设计
下面，再展开讨论下一些具体的技术难点和可行的解决方案。
难点1：RPC 通信
解决的是 Broker 与 Producer 以及 Consumer 之间的通信问题。如果不重复造轮子，直接利用成熟的 RPC 框架 Dubbo 或者 Thrift 实现即可，这样不需要考虑服务注册与发现、负载均衡、通信协议、序列化方式等一系列问题了。
当然，你也可以基于 Netty 来做底层通信，用 Zookeeper、Euraka 等来做注册中心，然后自定义一套新的通信协议（类似 Kafka），也可以基于 AMQP 这种标准化的 MQ 协议来做实现（类似 RabbitMQ）。对比直接用 RPC 框架，这种方案的定制化能力和优化空间更大。
难点2：高可用设计
高可用主要涉及两方面：Broker 服务的高可用、存储方案的高可用。可以拆开讨论。
Broker 服务的高可用，只需要保证 Broker 可水平扩展进行集群部署即可，进一步通过服务自动注册与发现、负载均衡、超时重试机制、发送和消费消息时的 ack 机制来保证。
存储方案的高可用有两个思路：1）参考 Kafka 的分区 + 多副本模式，但是需要考虑分布式场景下数据复制和一致性方案（类似 Zab、Raft等协议），并实现自动故障转移；2）还可以用主流的 DB、分布式文件系统、带持久化能力的 KV 系统，它们都有自己的高可用方案。
难点3：存储设计
消息的存储方案是 MQ 的核心部分，可靠性保证已经在高可用设计中谈过了，可靠性要求不高的话直接用内存或者分布式缓存也可以。这里重点说一下存储的高性能如何保证？这个问题的决定因素在于存储结构的设计。
目前主流的方案是：追加写日志文件（数据部分） + 索引文件的方式（很多主流的开源 MQ 都是这种方式），索引设计上可以考虑稠密索引或者稀疏索引，查找消息可以利用跳转表、二份查找等，还可以通过操作系统的页缓存、零拷贝等技术来提升磁盘文件的读写性能。
如果不追求很高的性能，也可以考虑现成的分布式文件系统、KV 存储或者数据库方案。
难点4：消费关系管理
为了支持发布-订阅的广播模式，Broker 需要知道每个主题都有哪些 Consumer 订阅了，基于这个关系进行消息投递。由于 Broker 是集群部署的，所以消费关系通常维护在公共存储上，可以基于 Zookeeper、Apollo 等配置中心来管理以及进行变更通知。
难点5：高性能设计
存储的高性能前面已经谈过了，当然还可以从其他方面进一步优化性能。比如 Reactor 网络 IO 模型、业务线程池的设计、生产端的批量发送、Broker 端的异步刷盘、消费端的批量拉取等等。
4.3 小结再总结下，要回答好：如何设计一个 MQ？
1、需要从功能性需求（收发消息）和非功能性需求（高性能、高可用、高扩展等）两方面入手。
2、功能性需求不是重点，能覆盖 MQ 最基础的功能即可，至于延时消息、事务消息、重试队列等高级特性只是锦上添花的东西。
3、最核心的是：能结合功能性需求，理清楚整体的数据流，然后顺着这个思路去考虑非功能性的诉求如何满足，这才是技术难点所在。
05 写在最后
这篇文章从 MQ 一发一存一消费这个本质出发，讲解了消息模型的演进过程，这是 MQ 最核心的理论基础。基于此，大家也能更容易理解 MQ 的各种新名词以及应用场景。
最后通过回答：如何设计一个 MQ？目的是让大家对 MQ 的核心组件和技术难点有一个清晰的认识。另外，带着这个问题的答案再去学习 Kafka、RocketMQ 等具体的消息中间件时，也会更有侧重点。
希望大家有所收获，如果有任何意见和建议，欢迎评论区留言反馈！《吃透 MQ 系列》的下一篇是 Kafka，我们下期见！
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作者简介：985硕士，前亚马逊工程师，现58转转技术总监
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