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MQ(消息中间件)概述及 RabbitMQ 的基本介绍

2023-07-13

概述

消息中间件(MQ)

  • 消息队列中间件是分布式系统中重要的组件,主要解决应用解耦,异步消息,流量削锋等问题,实现高性能,高可用,可伸缩和最终一致性架构。流量削锋 : 削减峰值压力(秒杀,抢购)

  • MQ(Message Queue,消息队列)是典型的生产者、消费者模型。生产者不断向消息队列中生产消息,消费者不断的从队列中获取消息。因为消息的生产和消费都是异步的,而且只关心消息的发送和接收,没有业务逻辑的侵入,这样就实现了生产者和消费者的解耦。

  • 生产者:向消息中间件发送消息的一方

    消费者:从中间获取消息使用的一方

    broker: 消息中间件

  • 常见的消息中间件:

    • RabbitMQ:基于 AMQP 协议,erlang 语言开发,稳定性好

      一款开源的消息管理系统,支持主流的操作系统,Linux、Windows、MacOX 等,支持多种开发语言,Java、Python、Ruby、.NET、PHP、C/C++、node.js 等

    • RocketMQ:基于 JMS,阿里巴巴产品,目前交由 Apache 基金会

    • ActiveMQ:基于JMS

    • kafka:分布式消息系统,高吞吐量


AMQP 和 JMS 标准

实现 MQ 有两种主流方式:AMQP、JMS。

  • AMQP,即 Advanced Message Queuing Protocol,一个提供统一消息服务的应用层标准高级消息队列协议,是应用层协议的一个开放标准,为面向消息的中间件设计。

    基于此协议的客户端与消息中间件可传递消息,并不受客户端中间件不同产品,不同的开发语言等条件的限制。

  • JMS,通常而言提到 JMS(Java MessageService)实际上是指 JMS API。JMS 是由 Sun 公司早期提出的消息标准,旨在为 Java 应用提供统一的消息操作,包括 create、send、receive等。

    JMS 已经成为 java Enterprise Edition 的一部分。从使用角度看,JMS 和 JDBC 担任差不多的角色,用户都是根据相应的接口可以和实现了 JMS 的服务进行通信,进行相关的操作。

两者间的区别和联系:

  • JMS 是定义了统一的接口,来对消息操作进行统一

    AMQP 是通过规定协议来统一数据交互的格式

  • JMS 限定了必须使用 Java 语言

    AMQP 只是协议,不规定实现方式,因此是跨语言的

  • JMS 规定了两种消息模型 点对点、发布订阅

    AMQP 的消息模型更加丰富(7种),工作中常用的有 5 种


RabbitMQ 简述

基本概念

  • Broker:表示消息队列服务器实体

  • Message:消息,消息是不具名的,它由消息头和消息体组成。

    消息体是不透明的,而消息头则由一系列的可选属性组成,这些属性包括routing-key(路由键)、priority(相对于其他消息的优先权)、delivery-mode(指出该消息可能需要持久性存储)等。

  • Publisher:消息的生产者,也是一个向交换器发布消息的客户端应用程序。

  • Virtual Host:虚拟主机,表示一批交换器、消息队列和相关对象。

    虚拟主机是共享相同的身份认证和加密环境的独立服务器域。

    每个 vhost 本质上就是一个 mini 版的 RabbitMQ 服务器,拥有自己的队列、交换器、绑定和权限机制。

    vhost 是 AMQP 概念的基础,必须在连接时指定,RabbitMQ 默认的 vhost 是 /

  • Exchange:交换器,用来接收生产者发送的消息并将这些消息路由给服务器中的队列。

  • Binding:绑定,用于消息队列和交换器之间的关联。

    一个绑定就是基于路由键将交换器和消息队列连接起来的路由规则,所以可以将交换器理解成一个由绑定构成的路由表。

  • Queue:消息队列,用来保存消息直到发送给消费者。它是消息的容器,也是消息的终点。

    一个消息可投入一个或多个队列。消息一直在队列里面,等待消费者连接到这个队列将其取走。

  • Connection:网络连接,比如一个 TCP 连接。

  • Channel:信道,多路复用连接中的一条独立的双向数据流通道。

    信道是建立在真实的 TCP 连接内地虚拟连接,AMQP 命令都是通过信道发出去的,不管是发布消息、订阅队列还是接收消息,这些动作都是通过信道完成。

    因为对于操作系统来说建立和销毁 TCP 都是非常昂贵的开销,所以引入了信道的概念,以复用一条 TCP 连接。

  • Consumer:消息的消费者,表示一个从消息队列中取得消息的客户端应用程序。


消息模型

RabbitMQ 提供了 6 种消息模型,但是第 6 种其实是 RPC,并不是MQ。其中 3、4、5 这三种都属于订阅模型,只不过进行路由的方式不同。

在这里插入图片描述


基本消息模型(直连)

图示:

在这里插入图片描述

  • P:生产者,也就是要发送消息的程序
  • C:消费者,即消息的接受者,会一直等待消息到来。
  • 图中红色部分:queue(消息队列),类似一个邮箱,可以缓存消息;生产者将消息发送到队列,消费者从队列中获取消息,队列是存储消息的缓冲区。队列只受主机的内存和磁盘限制,实质上是一个大的消息缓冲区。

示例代码

  • 生产者:

    // 连接工具类
    public class ConnectionUtil {
        // 建立与RabbitMQ的连接
        public static Connection getConnection() throws Exception {
            //定义连接工厂
            ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
            //设置服务地址
            factory.setHost("127.0.0.1");
            //端口
            factory.setPort(5672);
            //设置账号信息,用户名、密码、vhost
            factory.setVirtualHost("/saas");
            factory.setUsername("saas");
            factory.setPassword("saas");
            // 通过工程获取连接
            Connection connection = factory.newConnection();
            return connection;
        }
    }
    

    生产者发送消息:

    public class Send {
    
        private final static String QUEUE_NAME = "simple_queue";
    
        public static void main(String[] argv) throws Exception {
            // 获取到连接
            Connection connection = ConnectionUtil.getConnection();
            // 从连接中创建通道,使用通道才能完成消息相关的操作
            Channel channel = connection.createChannel();
            // 声明(创建)队列
            channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, false, false, false, null);
            // 消息内容
            String message = "Hello World!";
            // 向指定的队列中发送消息
            channel.basicPublish("", QUEUE_NAME, null, message.getBytes());
            
            System.out.println(" [x] Sent '" + message + "'");
    
            //关闭通道和连接
            channel.close();
            connection.close();
        }
    }
    

工作(任务)模型

工作模型,Work queues,也被称为(Task queues,任务模型) 。 当消息处理比较耗时的时候,可能生产消息的速度会远远大于消息的消费速度。长此以往,消息就会堆积越来越多,无法及时处理。此时就可以使用 work 模型:让多个消费者绑定到一个队列,共同消费队列中的消息。队列中的消息一旦消费,就会消失,因此任务是不会被重复执行的。

在这里插入图片描述

默认情况下,RabbitMQ将按顺序将每个消息发送给下一个使用者。平均而言,每个消费者都会收到相同数量的消息。这种分发消息的方式称为循环。

缺点:当其中一个消费比较慢,比如一个消费者已经消费完。但是另一个消费者还在一个个的接收。这样会造成消息的积累。

优化方案:

  • 消费者:要关闭自动确认消息

  • 当前通道每一次只能消费一个消息

    // 每次只能消费一个消息|一次只接收一条未确认的消息
    channel.basicQos(1);
    
  • 消息确认:手动确认消息


示例代码:

  • 生产者

    public class Provider {
        private static final String TASK_QUEUE_NAME = "task_queue";
     
        public static void main(String[] argv) throws Exception {
            // 获取连接对象
            Connection connection = RabbitMQUtils.getConnection();
            // 获取连接中的通道对象
            Channel channel = connection.createChannel();
            // 通过通道声明队列
            channel.queueDeclare(TASK_QUEUE_NAME, true, false, false, null);
            // 发送10条消息
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                channel.basicPublish("", TASK_QUEUE_NAME, null, (i+"你好啊").getBytes());
            }
        }
    }
    
  • 消费者(创建2个,区别是是否带下面这个线程休眠代码)

    public class Customer2 {
        private static final String TASK_QUEUE_NAME = "task_queue";
     
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            // 获取连接对象
            Connection connection = RabbitMQUtils.getConnection();
            // 获取连接中的通道对象
            Channel channel = connection.createChannel();
            // 每次只能消费一个消息
            channel.basicQos(1);
            // 通道绑定消息队列
            channel.queueDeclare(TASK_QUEUE_NAME, true, false, false, null);
            // 获取消息  参数2:消息自动确认,消费者自动向rabbitmq确认消息消费(只要消息队列有消息,就分配给消费者)
            channel.basicConsume(TASK_QUEUE_NAME, false, new DefaultConsumer(channel) {
                @Override
                public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, AMQP.BasicProperties properties, byte[] body) throws IOException {
                    System.out.println("消费者-1:" + new String(body));
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // 参数1:确认队列中那个具体消息 参数2:是否开启多个消息同时确认
                    channel.basicAck(envelope.getDeliveryTag(),false);
                }
            });
        }
    }
    

发布订阅模型

在这里插入图片描述

  • 1个生产者,多个消费者
  • 每一个消费者都有自己的一个队列
  • 每个队列都要绑定到交换机
  • 生产者没有将消息直接发送到队列,而是发送到了交换机
  • 生产者发送的消息,经过交换机到达队列,实现一个消息被多个消费者获取的目的

X(Exchanges):交换机。一方面:接收生产者发送的消息。另一方面:知道如何处理消息,例如递交给某个特别队列、递交给所有队列、或是将消息丢弃。到底如何操作,取决于 Exchange 的类型。Exchange(交换机)只负责转发消息,不具备存储消息的能力,因此如果没有任何队列与 Exchange 绑定,或者没有符合路由规则的队列,那么消息会丢失!

Exchange 类型有以下几种:

  • Fanout:广播,将消息交给所有绑定到交换机的队列
  • Direct:定向,把消息交给符合指定 routing key 的队列
  • Topic:通配符,把消息交给符合 routing pattern(路由模式)的队列

订阅模型-Fanout(广播)类型

广播模式的消息发送流程:

  • 可以有多个消费者
  • 每个消费者有自己的 queue(队列)
  • 每个队列都要绑定到 Exchange(交换机)
  • 生产者发送的消息,只能发送到交换机,交换机来决定要发给哪个队列,生产者无法决定
  • 交换机把消息发送给绑定过的所有队列
  • 队列的消费者都能拿到消息。实现一条消息被多个消费者消费

示例代码:

  • 生产者

    public class Provider {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            // 获取连接对象
            Connection connection = RabbitMQUtils.getConnection();
            // 获取连接中的通道对象
            Channel channel = connection.createChannel();
     
            // 将通道声明指定交换机 参数1:交换机名称 参数2:交换机类型,fanout是广播类型
            channel.exchangeDeclare("logs","fanout");
            // 发送消息
            channel.basicPublish("logs","",null,"fanout type message".getBytes());
        }
    }
    
  • 消费者

    public class Customer1 {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            Connection connection = RabbitMQUtils.getConnection();
     
            Channel channel = connection.createChannel();
            //通道绑定交换机
            channel.exchangeDeclare("logs","fanout");
            // 创建临时队列
            String queue = channel.queueDeclare().getQueue();
            // 绑定交换机和队列
            channel.queueBind(queue,"logs","");
            // 消费消息
            channel.basicConsume(queue,true,new DefaultConsumer(channel){
                @Override
                public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, AMQP.BasicProperties properties, byte[] body) throws IOException {
                    System.out.println("消费者1"+new String(body));
                }
            });
        }
    }
    
    public class Customer2 {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            Connection connection = RabbitMQUtils.getConnection();
     
            Channel channel = connection.createChannel();
            //通道绑定交换机
            channel.exchangeDeclare("logs","fanout");
            // 创建临时队列
            String queue = channel.queueDeclare().getQueue();
            // 绑定交换机和队列
            channel.queueBind(queue,"logs","");
            // 消费消息
            channel.basicConsume(queue,true,new DefaultConsumer(channel){
                @Override
                public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, AMQP.BasicProperties properties, byte[] body) throws IOException {
                    System.out.println("消费者2"+new String(body));
                }
            });
        }
    }
    

订阅模型-Direct 类型(routing)

在 Fanout 模式中,一条消息,会被所有订阅的队列都消费。但是,在某些场景下,可能希望不同的消息被不同的队列消费。这时就要用到 Direct 类型的 Exchange。

在 Direct 模型下:

  • 队列与交换机的绑定,不能是任意绑定了,而是要指定一个RoutingKey(路由 key)
  • 消息的发送方在向 Exchange 发送消息时,也必须指定消息的 RoutingKey
  • Exchange 不再把消息交给每一个绑定的队列,而是根据消息的 Routing Key 进行判断,只有队列的 Routingkey 与消息的 Routing key 完全一致,才会接收到消息

在这里插入图片描述

场景举例:出现 error 时,既需要在控制台打印,又需要在日志中持久化

  • P:生产者,向 Exchange 发送消息, 发送消息时,会指定一 个 routing key
  • x:Exchange(交换机),接收生产者的消息,然后把消息递交给与 routing key 完全匹配的队列
  • C1:消费者,其所在队列指定了需要 routing key 为 error 的消息
  • C2:消费者,其所在队列指定了需要 routing key 为 info、 error、 warning 的消息

示例代码:

  • 生产者:

    public class Provider {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            // 创建connection
            Connection connection = RabbitMQUtils.getConnection();
            // 创建channel
            Channel channel = connection.createChannel();
            String exchangeName = "logs_direct";
            // 通道声明指定交换机 参数1:交换机名称 参数2:交换机类型,direct是路由模式
            channel.exchangeDeclare(exchangeName,"direct");
            // 发送消息
            channel.basicPublish(exchangeName,"error",null,("这是direct模型发布的基于route" +
                    " kye: ["+"info"+"]发送的消息").getBytes());
        }
    }
    
  • 消费者:

    public class Customer1 {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            // 1.建立连接
            Connection connection = RabbitMQUtils.getConnection();
            // 建立channel
            Channel channel = connection.createChannel();
            String exchangeName = "logs_direct";
            // 绑定交换机和通道
            channel.exchangeDeclare(exchangeName,"direct");
            // 创建队列
            String queue = channel.queueDeclare().getQueue();
            // 基于路由key ,绑定队列和交换机
            channel.queueBind(queue,exchangeName,"error");
            // 消费
            channel.basicConsume(queue,true,new DefaultConsumer(channel) {
                @Override
                public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, AMQP.BasicProperties properties, byte[] body) throws IOException {
                    System.out.println("消费者1:"+ new String(body));
                }
            });
        }
    }
    
    public class Customer2 {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            // 1.建立连接
            Connection connection = RabbitMQUtils.getConnection();
            // 建立channel
            Channel channel = connection.createChannel();
            String exchangeName = "logs_direct";
            // 绑定交换机和通道
            channel.exchangeDeclare(exchangeName,"direct");
            // 创建队列
            String queue = channel.queueDeclare().getQueue();
            // 基于路由key ,绑定队列和交换机
            channel.queueBind(queue,exchangeName,"info");
            channel.queueBind(queue,exchangeName,"error");
            channel.queueBind(queue,exchangeName,"warning");
     
            // 消费
            channel.basicConsume(queue,true,new DefaultConsumer(channel) {
                @Override
                public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, AMQP.BasicProperties properties, byte[] body) throws IOException {
                    System.out.println("消费者2:"+ new String(body));
                }
            });
        }
    }
    

订阅模型-Topic 类型

Topic 类型的 Exchange 与 Direct 相比,都是可以根据 RoutingKey 把消息路由到不同的队列。只不过 Topic 类型 Exchange 可以让队列在绑定 Routing key 的时候使用通配符。

这种模型 Routingkey 一般都是由一个或多个单词组成,多个单词之间以"."分割,例如: item.insert

在这里插入图片描述

通配符:
	* 	匹配不多不少恰好1个词
	# 	匹配0个,1个或多个词
如:
	audit.#    匹配 audit.irs.corporate 或者 audit.irs 等
	audit.*    只能匹配 audit.irs

示例代码:

  • 生产者

    public class Provider {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            // 建立连接工厂
            Connection connection = RabbitMQUtils.getConnection();
            // 建立channel
            Channel channel = connection.createChannel();
            String exchangeName = "topics";
            // 交换机
            channel.exchangeDeclare(exchangeName,"topic");
            // 发消息
            String routekey = "user.save";
            channel.basicPublish(exchangeName,routekey,null,("这是topic动态路由模型发布的基于route" +
                    " key :["+routekey+"]").getBytes());
        }
    }
    
  • 消费者

    public class Customer1 {

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