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RabbitMQ設計原理決議

2021-10-28 06:25:04 軟體設計

背景

RabbitMQ現在用的也比較多,但是沒有過去那么多啦,現在很多的流行或者常用技識訓者思路都是從過去的思路中演變而來的,了解一些過去的技術,對有些人來說可能會產生眾里尋他千百度的頓悟,加深對技術的理解,更好的應用于作業中去,

本篇整體采用從淺到深的邏輯結構來描述,

 

入門部分

什么是MQ

MQ全稱是Message Queue,訊息的佇列,因為是佇列,所以遵循FIFO先進先出原則,因為存放的是訊息,所以是一種跨行程的通信機制,

為什么使用MQ

流量削峰

這個跟很火的小吃店門口的排隊原理是一樣的,實時呼叫就好像是大家蜂擁而至,如果系統處理能力不夠,就會讓店家手忙腳亂,說不定會在冰激凌上澆上可樂,排隊能保證有條不紊,代價是整體處理速度會慢些,

異步處理

當A呼叫B,B可能要花很長一段時間來完成,這時候一般有三種方式來異步處理,A呼叫B,B回傳A說收到呼叫請求了,同步請求已經完成,但B的執行才剛開始,這時候,第一種方式是A每隔一段時間來查詢一次,看B是否執行完,這是拉的方式;第二種方式是A提供一個回呼地址,B執行完之后回呼A,這是推的方式;第三種就是使用MQ,A使用MQ給B發訊息,B處理完再回一個訊息,好處是上面提到的同時可以流量削峰,

應用解耦

MQ實作了邏輯解耦+物理解耦,邏輯上,將請求和結果處理分開了;物理上,系統只用與MQ通信,聽起來,MQ要優雅很多,但是上面提到異步處理的三種方式的前兩種,現在也多很常見,那是因為MQ是有代價的,那就是需要一套MQ設施,做開放平臺,用戶之間的唯一設施就是互聯網,這時候更依賴雙方的協議約定,所以前兩種異步處理方式不會被MQ取代,

MQ的分類

ActiveMQ是早期的MQ,倚老賣老一下,我那個年代用過,目前優勢已經不太明顯了,

Kafka號稱是大資料的殺手锏,以百萬級TPS吞吐量名聲大噪,時效是ms級別,分布式的可用性高,消費者采用拉的方式獲取訊息,訊息有序,通過控制可以保證訊息僅被消費一次,但是單機超過64個磁區,load會明顯飆高;實時性取決于輪詢時間間隔,關鍵是有可能丟訊息,不適合訂單業務中使用,

RocketMQ是國貨,用Java語言實作,在設計時參考了Kafka,單機吞吐量達到十萬級別,分布式架構可用性高,訊息可以0丟失,擴展性高,但是支持的客戶端成熟的也就是Java,核心代碼沒有實作JMS,遷移需要修改大量代碼,

RabbitMQ是erlang開發的,吞吐量達到萬級別,穩定、健壯、跨平臺,支持多種語言,企業間通信中常用,

JMS支持

RabbitMQ不支持JMS協議,這個很好理解,因為JMS是Java訊息服務,提供了訊息傳遞的Java標準API,而RabbitMQ是Erlang寫的,對Java的支持會弱一些,但是RabiitMQ實作了AMQP標準協議,AMQP只是統一了資料交換的標準格式,與語言無關,

 

核心部分

核心概念

所有的MQ都由生產者、消費者和broker(佇列)三部分組成,但是不同的實作,根據核心思想不同,內部結構也各有特色,

比如銀行系統中常用的跨銀行間通信的MQ,相當于兩組MQ拼起來的,

普通MQ

 

 

 

跨企業MQ

這樣做的好處是任何一端網路出現問題,都可以暫存訊息,等待網路恢復,不丟失訊息,訊息的重試放在broker端,減少了應用端的復雜度,為什么這里舉例時提到銀行間使用呢,因為使用這種模式的MQ,最重要的是有錢,因為想達到理想效果,要拉專線,并使用高配機器,

RabbitMQ和Kafka是一樣的

再回來考慮普通MQ的場景,如果這個MQ是RabbitMQ,組件細化一下是這樣:

這張圖上來看,其實RabbitMQ和Kafka是一樣的,來看Kafka的:

表面上來看,RabbitMQ的服務器(Broker)端由Exchange和Queue兩部分組成,Exchange是交換機,交換機是做路由的,Kafka生產者發到Broker也需要路由啊,來決定路由到哪個Partition(也就是佇列)中去,只不過Kafka的路由模式很固定,就是先找到哪個topic,然后使用負載均衡的策略找到一個Partition來投遞訊息,Kafka是用了邏輯概念topic簡化了exchange路由,所以Kafka的路由功能也很單一,

表面上,RabbitMQ的生產者和消費者與服務端都是Channel信道來相連,Channel是復用連接來進行通信的,Kafka也是需要的,只是它內部幫我們把這些與核心功能關系不大的都自己內置實作了,而RabbitMQ暴露給用戶,提供了更高的靈活性,

上面的兩段如果我沒有講明白,也沒有關系,只要知道更年輕的Kafka沒有Exchange和Channel的概念是類似于采取了約定大于配置的方式提供的服務,

核心功能

RabbitMQ的核心實際上就是AMQP的核心:MessageQueue、Exchange和Binding,

MessageQueue就是訊息佇列,一個佇列里的一條訊息,也就是同一個message ID對應的訊息,不管有多少個消費者來分攤壓力,也只能被消費一次,訊息佇列和消費者之間有ack機制,訊息一旦確認安全送達,RabbitMQ服務端就可以安全洗掉訊息了,

Binding是MessageQueue與Exchange之間的連接,Exchange只能給Binding的MessageQueue發送訊息,

Exchange有四種型別:fanout、topic、direct和header,本質上就是有一堆MessageQueue,一個訊息是要被復制幾份,發到哪幾個Binding的訊息佇列去,Exchange給定了規則:fanout是對每個訊息佇列復制一份發送;direct意思是只發指定的一份,不復制;topic是發送通配符匹配的幾份;header可以指定一些其他的過濾條件發送,訊息從生產者發送到exchange之后也有ack機制來保證訊息的可靠傳輸,

Kafka只有topic的概念,這是因為Kafka的設計上訊息只用存一份,通過游標,發送后不立即洗掉訊息,多個消費者組可以互不影響的消費,這是Kafka的一大改進,

內部原理

大家面試時有沒有被問過:Kafka怎么保證訊息能且僅能收到一次?這是個埋坑題,是與面試官斗智斗勇的開始,什么冪等、事務、流式EOS呀,其實呢,Kafka本身是不保證僅且僅收到一次的,所以這些實作方法都不優雅,

RabbitMQ通過AMQP事務機制,還有上面已經提過的ack也就是confirm兩種可選方式保證訊息被收到,

但是最為優雅的實作是IBM的Websphere MQ,因為這是收費的,所以研究的人不多,它通過訊息序列號保證訊息不丟失、不重傳,

通道為每條訊息的傳送分配一個序列號,它會自動累積增值,訊息序列號由發送通道分配,是通道的一個永久屬性,每當發送一條訊息,訊息序列號就加一,通道的相關屬性SEQWRAP標識序號的最大值,預設為999,999,999,序列號越界后自動歸零,從頭開始,

正常情況下,通道兩端的訊息序列號或者相等或相差為一,雙方對前面的某一潭訓一批訊息是否發送成功理解不一致,在解決了不確定的訊息后,可以用MQSC命令通過重置訊息序號將雙方調整到一致,一旦連接斷開后,通道重連時雙方會將訊息序號同步, 

 

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