基于inotify实现落盘文件的跨进程实时读写交互

本文是在基于kafka原理单机高性能微秒级别队列改造_Sweet_Oranges的博客-CSDN博客基础上进行部分完善的。因为该文提供的代码不完整，无法使用。

场景：
线上业务需要一款拥有超低延迟(us)，支持多消费者，并且能够处理海量的消息积压的消息队列。

调研：

• kafka是我们日常生活中比较常见的消息队列，非常适合做消息的离线处理。但是在一些实时性要求比较高的场景下，消息自带的延迟是不可忍受的，测试发现一条消息转发大概需要200ms的耗时，实际情况可能有所出入，但肯定是毫秒级别的。kafka从设计上就是倾向于面向大众，满足大部分需求。当然满足这些要求的成本就是通过牺牲了性能。所以说kafka适合做离线处理。而不是做一些非常实时的应用。
• zeromq就是针对实时应用的一款消息队列，提供了各个拓扑结构的链接方式，性能不错，但不足的是当消息积压有可能会写满内存。
• 市面上目前的消息队列都与我们的设计目标不符。

设计：
要想拥有微秒级别的延迟，

• 不能走网络，数据必须放本地
• 用磁盘以及顺序io来保证写入读取性能。生产者将数据以换行符（\n）append的形式写入文件（顺序写），消费者getline一直到文件尾（顺序读）
• 使用inotify等待新数据的产生
• 不适用get_line, fgets等库函数，减少数据拷贝，自己实现拆包逻辑
• 读取的buffer_size不能设置的过小，由于下游消费通常存在一定的耗时，我们尽量一次多读取一些，否则系统调用read的成本很高
• 当消息产生积压的情况，我们采用water_mark机制来自动调节每次数据读取的最大字节

实现：

#include <sys/inotify.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>

#define EVENT_SIZE (sizeof(struct inotify_event))
#define BUF_LEN (10 * (EVENT_SIZE + FILENAME_MAX + 1))
using namespace std;

void cb_(char * line)//消费者的数据处理函数，回调函数
{
    printf("%s",line);
}

int main()
{
    int wartermark = 1024 * 1024;//用于控制一次读取数据的大小
    int max_buffer_size = wartermark * 6;

    std::string path_ = "/tmp/writter.txt";//生产者产生的数据的落盘文件
    char *line_ = new char[10240];             // 每行缓冲区
    char *buffer_ = new char[max_buffer_size]; // 文件缓冲区
    char *buffer2_ = new char[BUF_LEN];        // inotify事件缓冲区

    int read_ =  -1;
    // 注册监听文件变化
    int ifd_ = inotify_init();
    if (ifd_ < 0)
    {
        return;
    }
    inotify_add_watch(ifd_, path_.c_str(), IN_MODIFY | IN_CREATE | IN_DELETE);
    // 打开文件
    int fd_ = open(path_.c_str(), O_RDONLY);
    if (fd_ < 0)
    {
        return;
    }
    // 读取文件
    register long int buffer_size = wartermark;
    register char *cs;
    register int i = 0;
    cs = line_;
    bool ok_ = true;
    while (ok_)
    {
        while ((read_ = read(fd_, buffer_, buffer_size)) != 0)
        {
            for (; i < read_; i++)
            {
                if ((*cs++ = buffer_[i]) != '\n')
                {
                    continue;
                }
                //remove last \n
                *(--cs) = '\0';
                cb_(line_);
                if (!ok_)
                    break;
                cs = line_;
            }
            if (!ok_)
                break;
            if (read_ == wartermark)
            {
                buffer_size = max_buffer_size;
            }
            else
            {
                buffer_size = wartermark;
            }
            i = 0;
        }
        read(ifd_, buffer2_, BUF_LEN);//当没有事件时，程序阻塞在此处，直到有事件到来。
    }

    return 0;
}

消费者只需要将自己业务入口注册为cb_，就可以实现消费。

总结：

实际测试发现从消息生产到cb_入口消息延迟大概在100个us以内。以上代码虽然实现起来很简单，但是正是由于其简单才保证了超高的性能。

参考链接：https://blog.csdn.net/Sweet_Oranges/article/details/105428875