elasticsearch index之Translog
跟大多数分布式系统一样，es也通过临时写入写操作来保证数据安全。因为lucene索引过程中，数据会首先据缓存在内存中直到达到一个量（文档数或是占用空间大小）才会写入到磁盘。这就会带来一个风险，如果在写入磁盘前系统崩溃，那么这些缓存数据就会丢失。es通过translog解决了这个问题，每次写操作都会写入一个临时文件translog中，这样如果系统需要恢复数据可以从translog中读取。本篇就主要分析translog的结构及写入方式。
这一部分主要包括两部分translog和tanslogFile，前者对外提供了对translogFile操作的相关接口，后者则是具体的translogFile，它是具体的文件。首先看一下translogFile的继承关系，如下图所示：
实现了两种translogFile，它们的最大区别如名字所示就是写入时是否缓存。FsTranslogFile的接口如下所示：
每一个translogFile都会有一个唯一Id，两个非常重要的方法add和write。add是添加对应的操作，这些操作都是在translog中定义，这里写入的只是byte类型的文件，不关注是何种操作。所有的操作都是顺序写入，因此读取的时候需要一个位置信息。add方法代码如下所示：
public Translog.Location add(BytesReference data) throws IOException { rwl.writeLock().lock();//获取读写锁，每个文件的写入都是顺序的。 try { operationCounter++; long position = lastPosition; if (data.length() >= buffer.length) { flushBuffer(); // we use the channel to write, since on windows, writing to the RAF might not be reflected // when reading through the channel data.writeTo(raf.channel());//写入数据 lastWrittenPosition += data.length(); lastPosition += data.length();//记录位置 return new Translog.Location(id, position, data.length());//返回由id，位置及长度确定的操作位置信息。 } if (data.length() > buffer.length - bufferCount) { flushBuffer(); } data.writeTo(bufferOs); lastPosition += data.length(); return new Translog.Location(id, position, data.length()); } finally { rwl.writeLock().unlock(); } }
这是SimpleTranslogFile写入操作，BufferedTransLogFile写入逻辑基本相同，只是它不会立刻写入到硬盘，先进行缓存。另外TranslogFile还提供了一个快照的方法，该方法返回一个FileChannelSnapshot，可以通过它next方法将translogFile中所有的操作都读出来，写入到一个shapshot文件中。代码如下：
public FsChannelSnapshot snapshot() throws TranslogException { if (raf.increaseRefCount()) { boolean success = false; try { rwl.writeLock().lock(); try { FsChannelSnapshot snapshot = new FsChannelSnapshot(this.id, raf, lastWrittenPosition, operationCounter); snapshot.seekTo(this.headsuccess = true; returnerSize); snapshot; } finally { rwl.writeLock().unlock(); } } catch (FileNotFoundException e) { throw new TranslogException(shardId, "failed to create snapshot", e); } finally { if (!success) { raf.decreaseRefCount(false); } } } return null; }
TransLogFile是具体文件的抽象，它只是负责写入和读取，并不关心读取和写入的操作类型。各种操作的定义及对TransLogFile的定义到在Translog中。它的接口如下所示：
这里的写入（add）就是一个具体的操作，这是一个外部调用接口，索引、删除等修改索引的操作都会构造一个对应的Operation在对索引进行相关操作的同时调用该方法。这里还要着重说明一下makeTransientCurrent方法。操作的写入时刻进行，但是根据配置TransLogFile超过限度时需要删除重新开始一个新的文件。因此在transLog中存在两个TransLogFile，current和transient。当需要更换时需要通过读写锁确保单线程操作，将current切换到transient上来，然后删除之前的current。代码如下所示：
public void revertTransient() { FsTranslogFile tmpTransient; rwl.writeLock().lock(); try { tmpTransient = trans;//交换 this.trans = null; } finally { rwl.writeLock().unlock(); } logger.trace("revert transient {}", tmpTransient); // previous transient might be null because it was failed on its creation // for example if (tmpTransient != null) { tmpTransient.close(true); } }
translog中定义了index，create，delete及deletebyquery四种操作它们都继承自Operation。这四种操作也是四种能够改变索引数据的操作。operation代码如下所示：
static interface Operation extends Streamable { static enum Type { CREATE((byte) 1), SAVE((byte) 2), DELETE((byte) 3), DELETE_BY_QUERY((byte) 4); private final byte id; private Type(byte id) { this.id = id; } public byte id() { return this.id; } public static Type fromId(byte id) { switch (id) { case 1: return CREATE; case 2: return SAVE; case 3: return DELETE; case 4: return DELETE_BY_QUERY; default: throw new ElasticsearchIllegalArgumentException("No type mapped for [" + id + "]"); } } } Type opType(); long estimateSize(); Source getSource(); }
tanslog部分就是实时记录所有的修改索引操作确保数据不丢失，因此它的实现上不上非常复杂。
总结：TransLog主要作用是实时记录对于索引的修改操作，确保在索引写入磁盘前出现系统故障不丢失数据。tanslog的主要作用就是索引恢复，正常情况下需要恢复索引的时候非常少，它以stream的形式顺序写入，不会消耗太多资源，不会成为性能瓶颈。它的实现上，translog提供了对外的接口，translogFile是具体的文件抽象，提供了对于文件的具体操作。
