MQ（Message Queue）介绍

文章目录

MQ（Message Queue）介绍
- MQ优缺点
- RocketMQ常规协议
- RocketMq快速入门
- - 基本概念
  - 系统架构
  - - Producer
    - Consumer
    - Name Server
    - Broker
    - 工作流程

MQ优缺点

优点：

应用解耦
流量削峰
数据分发

缺点：

系统可用性降低（mq挂了对业务造成严重影响）
系统复杂度提高（如何保证消息没有被重复消费，怎么处理消息丢失情况，保证消息传递的顺序性）
一致性问题（通过MQ给B\C\D三个系统发消息数据，如果B系统、C系统处理成功，D系统处理失败，如何保证消息一致性）

RocketMQ常规协议

JMS

Java Message Service。是Java平台上有关MOM（Message Oriented Middleware，面向消息的中间件）的技术规范，他便于消息系统中的Java应用程序进行消息交换，并且通过提供标准的产生、发送、接受消息的接口，简化企业应用的开发。

STOMP

Streaming Text Orientated Message Protocol，是一种MOM设计的简单文本协议。提供一个可互操作的链接格式，允许客户端与任意STOMP消息代理进行交互。

AMQP

Advanced Message Queuing Protocol，一个提供统一消息服务的应用层标准，是应用层的协议的一个开放标准，是一种MOM设计。基于此协议的客户端与消息中间件可传递消息。并不接受客户端/中间件不同产品，不同开发语言等条件限制。

MQTT

Message Queuing Telemetry Transport，是一个IBM开发的即时通讯协议，是一种二进制协议，主要用于服务器和低功耗IoT设备间的通信。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部链接起来，被用来当作传感器和制动器的通讯协议。

RocketMq快速入门

基本概念

消息（Message）
主题（Topic）
标签（Tag）
队列（Queue）:一个Topic的Queue中的消息只能被一个消费者组中的一个消费者消费
消息标识（MessageId/Key）:每个消息拥有唯一的MessageId，且可以携带具有业务标识的Key，以方便对消息的查询。
- msgId：由producer端生成，其生成规则为：producerIp + 进程pid + MessageClientIDSetter类的ClassLoader的hashCode + 当前时间 + AutomicInteger自增计数器
- offsetMsgId：由broker端生成，其生成规则为：brokerIp + 物理分区的offset
- Key：用户指定的与业务相关的唯一标识

系统架构

Producer

消息生产者，负责生产消息。

Producer通过MQ负载均衡模块选择相应的Broker集群队列进行消息投递，投递的过程支持快速失败并且低延迟。

例如，业务系统产生的日志写入到MQ的过程，就是消息生产的过程

再如，电商平台中用户提交的秒杀请求写入到MQ的过程，就是消息生产的过程
生产者都是以生产者组的形式出现的。生产者组是同一类生产者的集合，这类Producer发送相同Topic类型的消息。一个生产者组可以同时发送多个主题的消息。

Consumer

消息消费者，负责消费消息。

一个消息消费者会从Broker服务器中获取到消息，并对消息进行相关业务处理。
消息消费者都是以消费者组的形式出现的。消费者组是同一类消费者的集合。这类消费者消费的是同一个Topic类型的消息。消费者组使得在消息消费方面，实现负载均衡（将一个Topic中的不同的Queue平均分配给同一个Consumer Group的不同的Consumer，注意，并不是消息负载均衡）和容错（一个Consumer挂了，该Consumer Group中的其他Consumer可以接着消费原Consumer消费的Queue）的目标变得非常容易。
消费者组中Consumer的数量应该小于等于订阅Topic的Queue数量，多出的Consumer将不能消费消息。
不过一个Topic类型的消息可以被多个消费者组同时消费。

注意，

1）一个消费者组中的消费者必须订阅完全相同的Topic

2）消费者组只能消费一个Topic的消息，不能同时消费多个Topic消息

Name Server

是一个Broker与Topic路由的注册中心，支持Broker的动态注册与发现。主要包括两个功能：

Broker管理：接受Broker集群的注册信息并且保存下来作为路由信息的基本数据；提供心跳检测机制，检测Broker是否还存活。
路由信息管理：每个NameServer中都被保存着Broker集群的整个路由信息和用于客户端查询的队列信息。Producer和Consumer通过NameServer可以获取整个Broker集群的路由细腻，从而进行消息的投递和消费。

路由注册

NameServer通常也是以集群的方式部署，不过，NameServer是无状态的，即NameServer集群中的各个节点间是无差异的，各节点间相互不进行信息通讯，那各节点中的数据是如何进行数据同步的呢？在Broker节点启动时，轮询NameServer列表，每个NameServer节点建立长连接，发起注册请求，在NameServer内部维护着一个Broker列表，用来动态存储Broker的信息。

注意，这是与其他zk/Eureka/Nacos等注册中心不同的地方

NameServer的无状态方式优缺点：

优点：集群搭建简单

缺点：对于Broker，必须明确指出所有NameServer地址。否则将不会去注册。也正因为如此，NameServer并不能随便扩容。因为，若Broker不重新配置，新增的NameServer对于Broker来说是不可见的，其不会想这个NameServer进行注册。

Broker几点为了证明自己时活着的，为了维护与NameServer间的长连接，会将最新的信息以心跳包的方式上报给NameServer，每30s发送一次心跳。心跳包中包含BrokerId、Broker地址（IP+PORT）、Broker名称、Broker所属集群名称等。NameServer在接收到心跳包后，会更新心跳时间戳，记录这个Broker的最新存活时间。

路由剔除

由于Broker关机、宕机或者网络抖动等原因，NameServer没有收到Broker的心跳，NameServer可能会将其从Broker列表中剔除。

NameServer中有一个定时任务，每隔10秒就会扫描一次Broker表，查看每一个Broker的最新心跳时间戳距离当前时间是否超过120秒，如果超过，则会判定Broker失效，然后将其从Broker列表中剔除。

扩展：对于RocketMQ日常运维工作，例如Broker升级，需要听到Broker的工作。OP需要怎么做？

需要将Broker的读写权限禁用。一旦client(Consumer或Producer)向Broker发送请求，都会收到broker的NO_PERMISSION响应，然后client会进行其他broker的重试

当OP观察到这个Broker没有流量后，再关闭他，实现Broker从NameServer剔除

OP:运维工程师

SRE:Site Reliability Engineer 现场可靠性工程师

路由发现

RocketMQ的路由发现采用的是Pull模型，当Topic路由信息出现变化时，NameServer不会主动推送给客户端，而是客户端定时拉取主题最新的路由。默认客户端每30秒会拉去一次最新的路由。

扩展：

1）Push模型：推送模型。实时性较好，是一个发布订阅模型，需要维护一个长连接，长连接的维护需要资源和成本，所有其占用客户端资源。该模型适合的场景：

实时性要求较高

Client数量不多，Server数据变化较频繁。

2）Pull模型：拉取模型。存在的问题是，实时性较差。

3）Long Polling模型：长轮询模型。其时对Push和Pull模型的整合，充分利用了者两种模型的优势，屏蔽了他们的劣势。

客户端NameServer选择策略

客户端指的是Consumer和Producer

客户端再配置时必须要写上NameServer集群的地址，那么客户端到底连接的时那个NameServer节点呢？客户端首先会生产一个随机数，然后再与NameServer节点数量取模，此时得到的就是所要链接的节点索引，然后就会进行连接。如果链接失败，测绘采用round-robin策略，逐个尝试去链接其他节点。

首先采用的时随机策略进行的选择，失败后采用的时轮询策略。

扩展：ZK client时如何选择zk Server的？

简单来说是经过两次Shuffle，然后选择第一台zk Server

详细说是将配置文件中的zk server地址进行第一次shuffle，然后随机选择一个。这个选择出的一般都是一个hostname。然后获取到该hostname对应的所有Ip，再对这些ip进行第二次shuffle，从shuffle过的结果中取第一个server地址进行链接。

Broker

功能介绍

充当消息中转的角色，负责存储消息、转发消息。Broker在RocketMQ系统中负责接收并存储从生产者发送来的消息，同时为消费者的拉取请求做准备。Broker同时也存储着消息相关的元数据，包括消费者组消费进度偏移offset、主题、队列等。

Kafka 0.8版本后，offset是存放在Broker中的，之前是存放在zk中的

模块构成

Remoting Module：整个Broker的实体，负责处理来自clients端的请求。而这个Broker实体则由以下模块构成。

Client Manager：客户端管理器。负责接受、解析客户端请求，管理客户端，例如维护消费者的Topic订阅信息。

Store Service：存储服务。提供方便简单的API接口，处理消息存储到物理硬盘和消息查询功能。

HA Service：高可用服务。提供MasterBroker和SlaveBroker之间的数据同步功能。

IndexService：索引服务。根据特定的Message Key，对投递到Broker的消息进行索引服务，同时也提供MessageKey对消息进行快速查询的功能。

集群部署

为了增强Broker性能与吞吐量，Broker一般都是以集群的方式出现的。各个集群节点中可能存放着相同Topic的不同的Queue。不过，这里有个问题，如果某Broker 节点宕机，如何保证数据不丢失呢？解决方案是，将每个Broker集群节点进行横向扩展，即将Broker几点再建为一个HA集群，解决单点问题。

Broker节点集群是一个主从集群，即集群中具有Master与Slave两种角色。Master负责处理读写操作请求，Slave负责对Master中的数据进行备份。当Master挂掉了，Slave则会自动切换为Master进行工作。所以这个Broker集群是主备集群。一个Master可以包含多个Slave，但一个Slave只能属于一个Master。Master与Slave的对应关系是通过指定相同的BrokerName、不同的BrokerId来确定的。BrokerId为0表示Master，非0表示Slave。每个Broker与Name Server集群中的所有节点建立长连接，定时注册Topic信息到所有NameServer。

工作流程

启动NameServer，NameServer启动后开始监听端口，等待Broker、Producer、Consumer链接。
启动Broker时，Broker会与所有的Name Server建立并保持长连接，然后每30秒向NameServer定时发送心跳包。
发送消息前，可以先创建Topic，创建Topic时需要指定该Topic要存储再哪些Broker上，当然，再创建Topic时也会将Topic与Broker的关系写入到Name Server中。不过，这步是可选的，也可以再发送消息时自动创建Topic。
Producer发送消息，启动时先根Name Server集群中的一台建立长连接，并从Name Server中获取路由信息，即当前发送的Topic的Queue与Broker的地址（Ip+Port）的映射关系。然后根据算法策略从队中选择一个Queue，与队列所在的Broker建立长连接，从而向broker发消息。当然，在获取到路由信息后，Producer会首先将路由信息缓存到本地，再每30秒从Name Server更新一次路由信息。
Consumer跟Producer类似，跟其中一台Name Server建立长连接，获取其所订阅Topic的路由信息，然后根据算法策略从路由信息中获取到其所有消费的Queue，然后直接跟Broker建立长连接，开始消费其中的消息。Consumer在获取到路由信息后，同样也会每30秒从Name Server更新一次路由信息。不过不同于Producer的是，Consumer还会向Broker发送心跳，以确保Broker的存活状态。

Topic的创建模式

手动创建Topic时，有两种模式：

集群模式：该模式下创建的Topic在该集群中，所有Broker和Queue数量是相同的。
Broker模式：该模式下创建的Topic在该集群中，每个Broker中的Queue数量可以不同。

自动创建Topic时，默认采用的是Broker模式，会为每个Broker默认创建4个Queue。

读/写队列

从物理上来讲，读/写队列是同一个队列。所有，不存在读/写队列数据同步问题。读/写队列是逻辑上进行区分的概。一般情况下，读/写队列的数量是相同的。

例如，创建Topic时设置的写队列数量为8，读队列数量为4，此时系统会创建8个Queue，分别时0 1 2 3 4 5 6 7。Producer会将消息写入到这8个队列，但Consumer只会消费0 1 2 3这4个队列中的消息，4 5 6 7中的消息是不会被消费到的。

再如，创建Topic时设置的写队列数量为4，读写队列数量为8，此时系统会创建8个Queue，分别是0 1 2 3 4 5 6 7 8.Producer会将消息写入0 1 2 3中，但Consumer只会消费0 1 2 3 4 5 6 7这8个队列中的消息。但是4 5 6 7中是没有消息的。此时假设ConsumerGroup中包含两个Consumer，Consumer1消费0 1 2 3，Consumer2消费4 5 6 7。但实际上Consumer2没有消息可消费。

也就是说，当读写队列数量不同时，总是有问题的。那么为什么要这样设计呢？

其实这样设计是为了方便Topic的Queue缩容。

例如，原来创建的Topic中包含16个Queue，如何能够使其缩容为8个，还不丢失消息？可以动态修改写队列数量为8，读队列数量不变。此时新消息的消息只能写入到前八个队列中，而消费都消费的确实16个队列中的数据。当发现后8个Queue中的消息消费完毕后，就可以将读写队列数量动态设置为8。整个缩容过程，没有丢失任何消息。

perm用于设计对当前创建Topic的操作权限：2-写，4-读，6-读写