本文大概围绕如下几点进行阐述:
- 为什么使用消息队列?
- 使用消息队列有什么缺点?
- 消息队列如何选型?
- 如何保证消息队列是高可用的?
- 如何保证消息不被重复消费?
- 如何保证消费的可靠性传输?
- 如何保证消息的顺序性?
我们围绕以上七点进行阐述。需要说明一下,本文不是《消息队列从入门到精通》这种课程,因此只是提供一个复习思路,而不是去教你们怎么调用消息队列的API。建议对消息队列不了解的人,去找点消息队列的博客看看,再看本文,收获更大
1、为什么要使用消息队列?
(1)解耦
传统模式:
传统模式的缺点:
- 系统间耦合性太强,如上图所示,系统A在代码中直接调用系统B和系统C的代码,如果将来D系统接入,系统A还需要修改代码,过于麻烦!
中间件模式:
中间件模式的的优点:
- 将消息写入消息队列,需要消息的系统自己从消息队列中订阅,从而系统A不需要做任何修改。
(2)异步
传统模式:
传统模式的缺点:
- 一些非必要的业务逻辑以同步的方式运行,太耗费时间。
中间件模式:
中间件模式的的优点:
- 将消息写入消息队列,非必要的业务逻辑以异步的方式运行,加快响应速度
(3)削峰
传统模式
传统模式的缺点:
- 并发量大的时候,所有的请求直接怼到数据库,造成数据库连接异常
中间件模式:
中间件模式的的优点:
- 系统A慢慢的按照数据库能处理的并发量,从消息队列中慢慢拉取消息。在生产中,这个短暂的高峰期积压是允许的。
2、使用了消息队列会有什么缺点?
- 系统可用性降低:你想啊,本来其他系统只要运行好好的,那你的系统就是正常的。现在你非要加个消息队列进去,那消息队列挂了,你的系统不是呵呵了。因此,系统可用性降低
- 系统复杂性增加:要多考虑很多方面的问题,比如一致性问题、如何保证消息不被重复消费,如何保证保证消息可靠传输。因此,需要考虑的东西更多,系统复杂性增大。
但是,我们该用还是要用的。
3、消息队列如何选型?
先说一下,博主只会ActiveMQ,RabbitMQ,RocketMQ,Kafka,对什么ZeroMQ等其他MQ没啥理解,因此只能基于这四种MQ给出回答。
分析:既然在项目中用了MQ,肯定事先要对业界流行的MQ进行调研,如果连每种MQ的优缺点都没了解清楚,就拍脑袋依据喜好,用了某种MQ,还是给项目挖坑。如果面试官问:"你为什么用这种MQ?。"你直接回答"领导决定的。"这种回答就很LOW了。还是那句话,不要给公司挖坑。
回答:首先,咱先上ActiveMQ的社区,看看该MQ的更新频率:
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Apache ActiveMQ 5.15.3 Release
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Christopher L. Shannon posted on Feb 12, 2018
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Apache ActiveMQ 5.15.2 Released
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Christopher L. Shannon posted on Oct 23, 2017
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Apache ActiveMQ 5.15.0 Released
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Christopher L. Shannon posted on Jul 06, 2017
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省略以下记录
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...
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RabbitMQ 3.7.3 release 30 January 2018
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RabbitMQ 3.6.15 release 17 January 2018
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RabbitMQ 3.7.2 release23 December 2017
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RabbitMQ 3.7.1 release21 December 2017
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省略以下记录
-
...
综合上面的材料得出以下两点:
(1)中小型软件公司,建议选RabbitMQ.一方面,erlang语言天生具备高并发的特性,而且他的管理界面用起来十分方便。正所谓,成也萧何,败也萧何!他的弊端也在这里,虽然RabbitMQ是开源的,然而国内有几个能定制化开发erlang的程序员呢?所幸,RabbitMQ的社区十分活跃,可以解决开发过程中遇到的bug,这点对于中小型公司来说十分重要。不考虑rocketmq和kafka的原因是,一方面中小型软件公司不如互联网公司,数据量没那么大,选消息中间件,应首选功能比较完备的,所以kafka排除。不考虑rocketmq的原因是,rocketmq是阿里出品,如果阿里放弃维护rocketmq,中小型公司一般抽不出人来进行rocketmq的定制化开发,因此不推荐。
(2)大型软件公司,根据具体使用在rocketMq和kafka之间二选一。一方面,大型软件公司,具备足够的资金搭建分布式环境,也具备足够大的数据量。针对rocketMQ,大型软件公司也可以抽出人手对rocketMQ进行定制化开发,毕竟国内有能力改JAVA源码的人,还是相当多的。至于kafka,根据业务场景选择,如果有日志采集功能,肯定是首选kafka了。具体该选哪个,看使用场景。
4、如何保证消息队列是高可用的?
分析:在第二点说过了,引入消息队列后,系统的可用性下降。在生产中,没人使用单机模式的消息队列。因此,作为一个合格的程序员,应该对消息队列的高可用有很深刻的了解。如果面试的时候,面试官问,你们的消息中间件如何保证高可用的?你的回答只是表明自己只会订阅和发布消息,面试官就会怀疑你是不是只是自己搭着玩,压根没在生产用过。请做一个爱思考,会思考,懂思考的程序员。
回答:这问题,其实要对消息队列的集群模式要有深刻了解,才好回答。
以rcoketMQ为例,他的集群就有多master 模式、多master多slave异步复制模式、多 master多slave同步双写模式。多master多slave模式部署架构图(网上找的,偷个懒,懒得画):
其实博主第一眼看到这个图,就觉得和kafka好像,只是NameServer集群,在kafka中是用zookeeper代替,都是用来保存和发现master和slave用的。通信过程如下:
Producer 与 NameServer集群中的其中一个节点(随机选择)建立长连接,定期从 NameServer 获取 Topic 路由信息,并向提供 Topic 服务的 Broker Master 建立长连接,且定时向 Broker 发送心跳。Producer 只能将消息发送到 Broker master,但是 Consumer 则不一样,它同时和提供 Topic 服务的 Master 和 Slave建立长连接,既可以从 Broker Master 订阅消息,也可以从 Broker Slave 订阅消息。
那么kafka呢,为了对比说明直接上kafka的拓补架构图(也是找的,懒得画)
如上图所示,一个典型的Kafka集群中包含若干Producer(可以是web前端产生的Page View,或者是服务器日志,系统CPU、Memory等),若干broker(Kafka支持水平扩展,一般broker数量越多,集群吞吐率越高),若干Consumer Group,以及一个Zookeeper集群。Kafka通过Zookeeper管理集群配置,选举leader,以及在Consumer Group发生变化时进行rebalance。Producer使用push模式将消息发布到broker,Consumer使用pull模式从broker订阅并消费消息。
至于rabbitMQ,也有普通集群和镜像集群模式,自行去了解,比较简单,两小时即懂。
要求,在回答高可用的问题时,应该能逻辑清晰的画出自己的MQ集群架构或清晰的叙述出来。
5、如何保证消息不被重复消费?
分析:这个问题其实换一种问法就是,如何保证消息队列的幂等性?这个问题可以认为是消息队列领域的基本问题。换句话来说,是在考察你的设计能力,这个问题的回答可以根据具体的业务场景来答,没有固定的答案。
回答:先来说一下为什么会造成重复消费?
其实无论是那种消息队列,造成重复消费原因其实都是类似的。正常情况下,消费者在消费消息时候,消费完毕后,会发送一个确认信息给消息队列,消息队列就知道该消息被消费了,就会将该消息从消息队列中删除。只是不同的消息队列发送的确认信息形式不同,例如RabbitMQ是发送一个ACK确认消息,RocketMQ是返回一个CONSUME_SUCCESS成功标志,kafka实际上有个offset的概念,简单说一下(如果还不懂,出门找一个kafka入门到精通教程),就是每一个消息都有一个offset,kafka消费过消息后,需要提交offset,让消息队列知道自己已经消费过了。那造成重复消费的原因?,就是因为网络传输等等故障,确认信息没有传送到消息队列,导致消息队列不知道自己已经消费过该消息了,再次将该消息分发给其他的消费者。
如何解决?这个问题针对业务场景来答分以下几点
(1)比如,你拿到这个消息做数据库的insert操作。那就容易了,给这个消息做一个唯一主键,那么就算出现重复消费的情况,就会导致主键冲突,避免数据库出现脏数据。
(2)再比如,你拿到这个消息做redis的set的操作,那就容易了,不用解决,因为你无论set几次结果都是一样的,set操作本来就算幂等操作。
(3)如果上面两种情况还不行,上大招。准备一个第三方介质,来做消费记录。以redis为例,给消息分配一个全局id,只要消费过该消息,将<id,message>以K-V形式写入redis。那消费者开始消费前,先去redis中查询有没消费记录即可。
6、如何保证消费的可靠性传输?
RabbitMQ
(1)生产者丢数据
从生产者弄丢数据这个角度来看,RabbitMQ提供transaction和confirm模式来确保生产者不丢消息。
transaction机制就是说,发送消息前,开启事物(channel.txSelect()),然后发送消息,如果发送过程中出现什么异常,事物就会回滚(channel.txRollback()),如果发送成功则提交事物(channel.txCommit())。
然而缺点就是吞吐量下降了。因此,按照博主的经验,生产上用confirm模式的居多。一旦channel进入confirm模式,所有在该信道上面发布的消息都将会被指派一个唯一的ID(从1开始),一旦消息被投递到所有匹配的队列之后,rabbitMQ就会发送一个Ack给生产者(包含消息的唯一ID),这就使得生产者知道消息已经正确到达目的队列了.如果rabiitMQ没能处理该消息,则会发送一个Nack消息给你,你可以进行重试操作。处理Ack和Nack的代码如下所示(说好不上代码的,偷偷上了):
-
channel.addConfirmListener(new ConfirmListener() {
-
@Override
-
public void handleNack(long deliveryTag, boolean multiple) throws IOException {
-
System.out.println("nack: deliveryTag = "+deliveryTag+" multiple: "+multiple);
-
}
-
@Override
-
public void handleAck(long deliveryTag, boolean multiple) throws IOException {
-
System.out.println("ack: deliveryTag = "+deliveryTag+" multiple: "+multiple);
-
}
-
});
(2)消息队列丢数据
处理消息队列丢数据的情况,一般是开启持久化磁盘的配置。这个持久化配置可以和confirm机制配合使用,你可以在消息持久化磁盘后,再给生产者发送一个Ack信号。这样,如果消息持久化磁盘之前,rabbitMQ阵亡了,那么生产者收不到Ack信号,生产者会自动重发。
那么如何持久化呢,这里顺便说一下吧,其实也很容易,就下面两步
1、将queue的持久化标识durable设置为true,则代表是一个持久的队列
2、发送消息的时候将deliveryMode=2
这样设置以后,rabbitMQ就算挂了,重启后也能恢复数据
(3)消费者丢数据
消费者丢数据一般是因为采用了自动确认消息模式。这种模式下,消费者会自动确认收到信息。这时rahbitMQ会立即将消息删除,这种情况下如果消费者出现异常而没能处理该消息,就会丢失该消息。
至于解决方案,采用手动确认消息即可。
kafka
这里先引一张kafka Replication的数据流向图
Producer在发布消息到某个Partition时,先通过ZooKeeper找到该Partition的Leader,然后无论该Topic的Replication Factor为多少(也即该Partition有多少个Replica),Producer只将该消息发送到该Partition的Leader。Leader会将该消息写入其本地Log。每个Follower都从Leader中pull数据。
针对上述情况,得出如下分析
(1)生产者丢数据
在kafka生产中,基本都有一个leader和多个follwer。follwer会去同步leader的信息。因此,为了避免生产者丢数据,做如下两点配置
- 第一个配置要在producer端设置acks=all。这个配置保证了,follwer同步完成后,才认为消息发送成功。
- 在producer端设置retries=MAX,一旦写入失败,这无限重试
- replication.factor参数,这个值必须大于1,即要求每个partition必须有至少2个副本
- min.insync.replicas参数,这个值必须大于1,这个是要求一个leader至少感知到有至少一个follower还跟自己保持联系
这两个配置加上上面生产者的配置联合起来用,基本可确保kafka不丢数据
(3)消费者丢数据
这种情况一般是自动提交了offset,然后你处理程序过程中挂了。kafka以为你处理好了。再强调一次offset是干嘛的
offset:指的是kafka的topic中的每个消费组消费的下标。简单的来说就是一条消息对应一个offset下标,每次消费数据的时候如果提交offset,那么下次消费就会从提交的offset加一那里开始消费。
比如一个topic中有100条数据,我消费了50条并且提交了,那么此时的kafka服务端记录提交的offset就是49(offset从0开始),那么下次消费的时候offset就从50开始消费。
解决方案也很简单,改成手动提交即可。
ActiveMQ和RocketMQ
大家自行查阅吧
7、如何保证消息的顺序性?
分析:其实并非所有的公司都有这种业务需求,但是还是对这个问题要有所复习。
回答:针对这个问题,通过某种算法,将需要保持先后顺序的消息放到同一个消息队列中(kafka中就是partition,rabbitMq中就是queue)。然后只用一个消费者去消费该队列。
有的人会问:那如果为了吞吐量,有多个消费者去消费怎么办?
这个问题,没有固定回答的套路。比如我们有一个微博的操作,发微博、写评论、删除微博,这三个异步操作。如果是这样一个业务场景,那只要重试就行。比如你一个消费者先执行了写评论的操作,但是这时候,微博都还没发,写评论一定是失败的,等一段时间。等另一个消费者,先执行写评论的操作后,再执行,就可以成功。
总之,针对这个问题,我的观点是保证入队有序就行,出队以后的顺序交给消费者自己去保证,没有固定套路。
8、主要消息中间件对比
topic数量都吞吐量的影响:
时效性:ms级
可用性:高,基于主从架构实现高可用性
消息可靠性:有较低的概率丢失数据
功能支持:MQ领域的功能极其完备
总结:
非常成熟,功能强大,在早些年业内大量的公司以及项目中都有应用
偶尔会有较低概率丢失消息
现在社区以及国内应用都越来越少,官方社区现在对ActiveMQ 5.x维护越来越少,几个月才发布一个版本
主要是基于解耦和异步来用的,较少在大规模吞吐的场景中使用
topic数量都吞吐量的影响:
时效性:微秒级,延时低是一大特点。
可用性:高,基于主从架构实现高可用性
消息可靠性:
功能支持:基于erlang开发,所以并发能力很强,性能极其好,延时很低
总结:
erlang语言开发,性能极其好,延时很低;
吞吐量到万级,MQ功能比较完备
开源提供的管理界面非常棒,用起来很好用
社区相对比较活跃,几乎每个月都发布几个版本分
在国内一些互联网公司近几年用rabbitmq也比较多一些 但是问题也是显而易见的,RabbitMQ确实吞吐量会低一些,这是因为他做的实现机制比较重。
erlang开发,很难去看懂源码,基本职能依赖于开源社区的快速维护和修复bug。
rabbitmq集群动态扩展会很麻烦,不过这个我觉得还好。其实主要是erlang语言本身带来的问题。很难读源码,很难定制和掌控。
topic数量都吞吐量的影响:topic可以达到几百,几千个的级别,吞吐量会有较小幅度的下降。可支持大量topic是一大优势。
时效性:ms级
可用性:非常高,分布式架构
消息可靠性:经过参数优化配置,消息可以做到0丢失
功能支持:MQ功能较为完善,还是分布式的,扩展性好
总结:
接口简单易用,可以做到大规模吞吐,性能也非常好,分布式扩展也很方便,社区维护还可以,可靠性和可用性都是ok的,还可以支撑大规模的topic数量,支持复杂MQ业务场景
而且一个很大的优势在于,源码是java,我们可以自己阅读源码,定制自己公司的MQ,可以掌控
社区活跃度相对较为一般,不过也还可以,文档相对来说简单一些,然后接口这块不是按照标准JMS规范走的有些系统要迁移需要修改大量代码
阿里巴巴:
https://help.aliyun.com/document_detail/29532.html?spm=a2c4g.11186623.6.542.c87170fb58btRJ
消息队列 RocketMQ 是阿里巴巴集团基于高可用分布式集群技术,自主研发的云正式商用的专业消息中间件,既可为分布式应用系统提供异步解耦和削峰填谷的能力,同时也具备互联网应用所需的海量消息堆积、高吞吐、可靠重试等特性,是阿里巴巴双 11 使用的核心产品。
topic数量都吞吐量的影响:topic从几十个到几百个的时候,吞吐量会大幅度下降。所以在同等机器下,kafka尽量保证topic数量不要过多。如果要支撑大规模topic,需要增加更多的机器资源
时效性:ms级
可用性:非常高,kafka是分布式的,一个数据多个副本,少数机器宕机,不会丢失数据,不会导致不可用
消息可靠性:经过参数优化配置,消息可以做到0丢失
功能支持:功能较为简单,主要支持简单的MQ功能,在大数据领域的实时计算以及日志采集被大规模使用
总结:
kafka的特点其实很明显,就是仅仅提供较少的核心功能,但是提供超高的吞吐量,ms级的延迟,极高的可用性以及可靠性,而且分布式可以任意扩展
同时kafka最好是支撑较少的topic数量即可,保证其超高吞吐量
kafka唯一的一点劣势是有可能消息重复消费,那么对数据准确性会造成极其轻微的影响,在大数据领域中以及日志采集中,这点轻微影响可以忽略
后来大家开始用RabbitMQ,但是确实erlang语言阻止了大量的java工程师去深入研究和掌控他,对公司而言,几乎处于不可控的状态,但是确实人家是开源的,比较稳定的支持,活跃度也高;
不过现在确实越来越多的公司,会去用RocketMQ,确实很不错,但是要想好社区万一突然黄掉的风险
所以中小型公司,技术实力较为一般,技术挑战不是特别高,用RabbitMQ是不错的选择;大型公司,基础架构研发实力较强,用RocketMQ是很好的选择
如果是大数据领域的实时计算、日志采集等场景,用Kafka是业内标准的,绝对没问题,社区活跃度很高,绝对不会黄,何况几乎是全世界这个领域的事实性规范。
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https://blog.csdn.net/anzhsoft/article/details/ RabbitMQ消息队列
https://segmentfault.com/a/51345 https://blog.csdn.net/_/article/details/ RabbitMQ参数调优
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