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原创新闻 RabbitMQ在分布式系统的应用

2016-05-16 16:31 by 副主编 mengyidan1988 评论(3) 有9241人浏览
RabbitMQ

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作者：吕舜，MaxLeap 团队_Service&Infra成员。
责编：钱曙光，关注架构领域，寻求报道或者投稿请发邮件qianshg@csdn.net，另有「CSDN 高级架构师群」，内有诸多知名互联网公司的大牛架构师，欢迎架构师加微信qshuguang2008申请入群，备注姓名+公司+职位。

由于之前做的项目中需要在多个节点之间可靠地通信，所以废弃了之前使用的Redis pub/sub（因为集群有单点问题，且有诸多限制），改用了RabbitMQ。使用期间得到不少收获，也踩了不少坑，所以在此分享下心得。

怎么保证可靠性的？
RabbitMQ提供了几种特性，牺牲了一点性能代价，提供了可靠性的保证。

持久化
当RabbitMQ退出时，默认会将消息和队列都清除，所以需要在第一次声明队列和发送消息时指定其持久化属性为true，这样RabbitMQ会将队列、消息和状态存到RabbitMQ本地的数据库，重启后会恢复。 
durable=true
channel.queueDeclare("task_queue", durable, false, false, null);//队列 
channel.basicPublish("", "task_queue",
    MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN,
    message.getBytes());//消息

注：当声明的队列已经存在时，尝试重新定义它的durable是不生效的。

接收应答
客户端接收消息的模式默认是自动应答，但是通过设置autoAck为false可以让客户端主动应答消息。当客户端拒绝此消息或者未应答便断开连接时，就会使得此消息重新入队（在版本2.7.0以前是到重新加入到队尾，2.7.0及以后是保留消息在队列中的原来位置）。 
autoAck = false;
requeue = true;
channel.basicConsume(queue, autoAck, callback);
channel.basicAck();//应答
channel.basicReject(deliveryTag, requeue);//拒绝
channel.basicRecover(requeue);//恢复

发送确认
默认情况下，发送端不关注发出去的消息是否被消费掉了。可设置channel为confirm模式，所有发送的消息都会被确认一次，用户可以自行根据server发回的确认消息查看状态。详细介绍见：confirms 
channel.confirmSelect(); // 进入confirm模式
do publish messages... // 每个消息都会被编号，从1开始
channel.getNextPublishSeqNo() // 查看下一个要发送的消息的序号
channel.waitForConfirms(); // 等待所有消息发送并确认

事务：和confirm模式不能同时使用，而且会带来大量的多余开销，导致吞吐量下降很多，故而不推荐。 
channel.txSelect();
try {
    do something...
    channel.txCommit();
} catch (e){
    channel.txRollback();
}

消息队列的高可用（主备模式）
相比于路由和绑定，可以视为是共享于所有的节点的，消息队列默认只存在于第一次声明它的节点上，这样一旦这个节点挂了，这个队列中未处理的消息就没有了。 幸好，RabbitMQ提供了将它备份到其他节点的机制，任何时候都有一个master负责处理请求，其他slaves负责备份，当master挂掉，会将最早创建的那个slave提升为master。

命令：rabbitmqctl set_policy ha-all “^ha\.” ‘{“ha-mode”:”all”}’：设置所有以’ha’开头的queue在所有节点上拥有备份。详细语法点这里；也可以在界面上配置。



注：由于exclusive类型的队列会在client和server连接断开时被删掉，所以对它设置持久化属性和备份都是没有意义的。

顺序保证
直接上图好了：



一些需要注意的地方
集群配置：
一个集群中多个节点共享一份.erlang.cookie文件；若是没有启用RABBITMQ_USE_LONGNAME，需要在每个节点的hosts文件中指定其他节点的地址，不然会找不到其他集群中的节点。

脑裂：
RabbitMQ集群对于网络分区的处理和忍受能力不太好，推荐使用federation或者shovel插件去解决。federation详见高级->Federation。但是，情况已经发生了，怎么去解决呢？放心，还是有办法恢复的。当网络断断续续时，会使得节点之间的通信断掉，进而造成集群被分隔开的情况。这样，每个小集群之后便只处理各自本地的连接和消息，从而导致数据不同步。当重新恢复网络连接时，它们彼此都认为是对方挂了-_-||，便可以判断出有网络分区出现了。但是RabbitMQ默认是忽略掉不处理的，造成两个节点继续各自为政（路由，绑定关系，队列等可以独立地创建删除，甚至主备队列也会每一方拥有自己的master）。可以更改配置使得连接恢复时，会根据配置自动恢复。

ignore：默认，不做任何处理

pause-minority：断开连接时，判断当前节点是否属于少数派（节点数少于或者等于一半），如果是，则暂停直到恢复连接。

{pause_if_all_down, [nodes], ignore | autoheal}：断开连接时，判断当前集群中节点是否有节点在nodes中，如果有，则继续运行，否则暂停直到恢复连接。这种策略下，当恢复连接时，可能会有多个分区存活，所以，最后一个参数决定它们怎么合并。

autoheal：当恢复连接时，选择客户端连接数最多的节点状态为主，重启其他节点。

配置：**【详见下文：集群配置】

多次ack：客户端多次应答同一条消息，会使得该客户端收不到后续消息。

结合Docker使用
集群版本的实现：详见我自己写的一个例子rabbitmq-server-cluster

消息队列中间件的比较
RabbitMQ：
优点：支持很多协议如：AMQP，XMPP，STMP，STOMP；灵活的路由；成熟稳定的集群方案；负载均衡；数据持久化等。
缺点：速度较慢；比较重量级，安装需要依赖Erlang环境。
Redis：
优点：比较轻量级，易上手
缺点：单点问题，功能单一
Kafka：
优点：高吞吐；分布式；快速持久化；负载均衡；轻量级
缺点：极端情况下会丢消息
最后附一张网上截取的测试结果：



更多性能参数见：RabbitMQ Performance Measurements

如果有兴趣简单了解下RabbitMQ，可以继续往下看～

几个重要的概念
  • Virtual Host：包含若干个Exchange和Queue，表示一个节点；
  • Exchange：接受客户端发送的消息，并根据Binding将消息路由给服务器中的队列，Exchange分为direct、fanout、topic三种；
  • Binding：连接Exchange和Queue，包含路由规则；
  • Queue：消息队列，存储还未被消费的消息；
  • Message：Header+Body；
  • Channel：通道，执行AMQP的命令；一个连接可创建多个通道以节省资源。

Client
RabbitMQ官方实现了很多热门语言的客户端，就不一一列举啦，以java为例，直接开始正题：

建立连接： 
ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
factory.setHost("localhost");

可以加上断开重试机制： 
factory.setAutomaticRecoveryEnabled(true);
factory.setNetworkRecoveryInterval(10000);

创建连接和通道： 
Connection connection = factory.newConnection();
Channel channel = connection.createChannel();

一对一：一个生产者，一个消费者



代码同上，只不过会有多个消费者，消息会轮序发给各个消费者。

如果设置了autoAck=false，那么可以实现公平分发（即对于某个特定的消费者，每次最多只发送指定条数的消息，直到其中一条消息应答后，再发送下一条）。需要在消费者中加上： 
int prefetchCount = 1;
channel.basicQos(prefetchCount);

其他同上。

广播



生产者： 
channel.exchangeDeclare(EXCHANGE_NAME, "topic");
String queueName = channel.queueDeclare().getQueue();
channel.queueBind(queueName, EXCHANGE_NAME, bindingKey);

消费者同上。

RPC



其实就是一对一模式的一种用法：

首先，客户端发送一条消息到服务端声明的队列，消息属性中包含reply_to和correlation_id
引用

- reply_to 是客户端创建的消息的队列，用来接收远程调用结果
- correlation_id 是消息的标识，服务端回应的消息属性中会带上以便知道是哪条消息的结果。

然后，服务端接收到消息，处理，并返回一条结果到reply_to队列中，最终，客户端接收到返回消息，继续向下处理。

Server
支持各大主流操作系统，这里以Unix为例介绍下常用配置和命令：

安装
由于RabbitMQ是依赖于Erlang的，所以得首先安装最近版本的Erlang。
单点的安装比较简单，下载解压即可。

下载地址：http://www.rabbitmq.com/download.html
  • 配置：（一般的，用默认的即可。）
  • $RABBITMQ_HOME/etc/rabbitmq/rabbitmq-env.conf: 环境变量默认配置（也可在启动脚本中设置，且以启动命令中的配置为准）。常用的有：
  • RABBITMQ_NODENAME：节点名称，默认是rabbit@$HOSTNAME。
  • RABBITMQ_NODE_PORT：协议端口号，默认5672。
  • RABBITMQ_SERVER_START_ARGS：覆盖rabbitmq.config中的一些配置。
  • $RABBITMQ_HOME/etc/rabbitmq/rabbitmq.config: 核心组件，插件，erlang服务等配置，常用的有：
  • disk_free_limit：队列持久化等信息都是存到RabbitMQ本地的数据库中的，默认限制50000000（也就是最多只让它使用50M空间啦，不够可以上调，也支持空闲空间百分比的配置）。要是超标了，它就罢 工了……
  • vm_memory_high_watermark：内存使用，默认0.4（最多让它使用40%的内存，超标罢 工）

（注：若启动失败了，可以在启动日志中查看到具体的错误信息。）
命令：
引用

rabbitmqctl stop_app
rabbitmqctl join_cluster [--ram] nodename@hostname：将当前节点加入到集群中；默认是以disc节点加入集群，加上--ram为ram节点。
rabbitmqctl start_app
rabbitmqctl cluster_status：查看集群状态

集群
集群节点共享所有的状态和数据，如：用户、路由、绑定等信息（队列有点特殊，虽然从所有节点都可达，但是只存在于第一次声明它的那个节点上，解决方案——详见上文：消息队列的高可用）；每个节点都可以接收连接，处理数据。

集群节点有两种，disc：默认，信息存在本地数据库；ram：加入集群时，添加–ram参数，信息存在内存，可提高性能。

配置：（一般的，用默认的即可。）
$RABBITMQ_HOME/etc/rabbitmq/rabbitmq-env.conf：
RABBITMQ_USE_LONGNAME：默认false，（默Rene的，RABBITMQ_NODENAME中@后面的\$HOSTNAME是主机名，所以需要集群中每个节点的hosts文件包含其他节点主机名到地址的映射。但是如果设置为true，就可以定义RABBITMQ_NODENAME中的$HOSTNAME为域名了）
RABBITMQ_DIST_PORT：集群端口号，默认RABBITMQ_NODE_PORT + 20000
$RABBITMQ_HOME/etc/rabbitmq/rabbitmq.config：
cluster_nodes：设置后，在启动时会尝试自动连接加入的节点并组成集群。
cluster_partition_handling：【详见上文：网络分区的处理】
更多详细的配置见：配置

命令： 
rabbitmqctl stop_app
rabbitmqctl join_cluster [--ram] nodename@hostname：将当前节点加入到集群中；默认是以disc节点加入集群，加上--ram为ram节点。
rabbitmqctl start_app
rabbitmqctl cluster_status：查看集群状态

（注：如果加入集群失败，可先查看）
  • 每个节点的$HOME/.erlang.cookie内容一致；
  • 如果hostname是主机名，那么此hostname和地址的映射需要加入hosts文件中；
  • 如果使用的是域名，那么需要设置RABBITMQ_USE_LONGNAME为true。

（注：docker版集群的见：rabbitmq-server-cluster）
高级
AMQP协议简介
RabbitMQ原生支持AMQP 0-9-1并扩展实现了了一些常用的功能：AMQP 0-9-1

包含三层：
  • 模型层: 最高层，提供了客户端调用的命令，如：queue.declare,basic.ack,consume等。
  • 会话层：将命令从客户端传递给服务器，再将服务器的应答传递给客户端，会话层为这个传递过程提供可靠性、同步机制和错误处理。
  • 传输层：主要传输二进制数据流，提供帧的处理、信道复用、错误检测和数据表示。




注：其他协议的支持见：RabbitMQ支持的协议

常用插件
管理界面（神器）

启动后，执行rabbitmq-plugins enable rabbitmq_management→访问http://localhost:15672→查看节点状态，队列信息等等，甚至可以动态配置消息队列的主备策略，如下图：



Federation

启用Federation插件，使得不同集群的节点之间可以传递消息，从而模拟出类似集群的效果。这样可以有几点好处：
  • 松耦合：联合在一起的不同集群可以有各自的用户，权限等信息，无需一致；此外，这些集群的RabbitMQ和Erlang的版本可以不一致。
  • 远程网络连接友好：由于通信是遵循AMQP协议的，故而对断断续续的网络连接容忍度高。
  • 自定义：可以自主选择哪些组件启用federation。

几个概念：
  • Upstreams：定义上游节点信息，如下：

引用

rabbitmqctl set_parameter federation-upstream my-upstream '{"uri":"amqp://server-name","expires":3600000}' 定义一个my-upstream

  • uri是其上游节点的地址，多个upstream的节点无需在同一集群中。
  • expires表示断开连接3600000ms后其上游节点会缓存消息。
  • Upstream sets：多个Upstream的集合；默认有个all，会将所有的Upstream加进去。
  • Policies：定义哪些exchanges,queues关联到哪个Upstream或者Upstream set，如： 

rabbitmqctl set_policy --apply-to exchanges federate-me "^amq\." '{"federation-upstream-set":"all"}'

将此节点所有以amq.开头的exchange联合到上游节点的同名exchange。
注：
  • 由于下游节点的exchange可以继续作为其他节点的上游，故可设置成循环，广播等形式。
  • 通过max_hops参数控制传递层数。
  • 模拟集群，可以将多个节点两两互连，并设置max_hops=1。 




rabbitmq-plugins enable rabbitmq_federation

如果启用了管理界面，可以添加： 
rabbitmq-plugins enable rabbitmq_federation_management

这样就可以在界面配置Upstream和Policy了。

注：如果在一个集群中使用federation，需要该集群每个节点都启用Federation插件；
注：更多插件请见：插件。
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3 楼 ycong2525 2016-05-25 14:23
     
2 楼 莫欺少年穷Java 2016-05-18 21:16
  
1 楼 netkiller.github.com 2016-05-17 13:56
写的不错。

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