RocketMQ

本文内容：描述RocketMQ的概念与术语，最下方解释各种MQ之间的区别与选型

RcoketMQ 是一款低延迟、高可靠、可伸缩、易于使用的消息中间件。具有以下特性：

1. 支持发布/订阅（Pub/Sub）和点对点（P2P）消息模型
2. 在一个队列中可靠的先进先出（FIFO）和严格的顺序传递
3. 支持拉（pull）和推（push）两种消息模式
4. 单一队列百万消息的堆积能力
5. 支持多种消息协议，如 JMS、MQTT 等
6. 分布式高可用的部署架构,满足至少一次消息传递语义
7. 提供 docker 镜像用于隔离测试和云集群部署
8. 提供配置、指标和监控等功能丰富的 Dashboard

架构

系统架构组成：

组成架构

系统启动流程：

启动流程

概念模型

基础概念模型
扩展概念模型

专业术语及其关联

1. Name Server

Name Server 为 producer 和 consumer 提供路由信息。
相对来说，nameserver的稳定性非常高。原因有二：
    1. nameserver互相独立，彼此没有通信关系，单台nameserver挂掉，不影响其他nameserver，即使全部挂掉，也不影响业务系统使用。无状态
    2. nameserver不会有频繁的读写，所以性能开销非常小，稳定性很高。

2. Broker

Broker 是 RocketMQ 系统的主要角色，其实就是MQ？？topic管理？
Broker 接收来自生产者的消息，储存以及为消费者拉取消息的请求做好准备。

2.1. 与NameServer关系

• 连接
  • 单个broker和所有nameserver保持长连接
• 心跳
  • 心跳间隔：每隔30秒（此时间无法更改）向所有nameserver发送心跳，心跳包含了自身的topic配置信息。
  • 心跳超时：nameserver每隔10秒钟（此时间无法更改），扫描所有还存活的broker连接，若某个连接2分钟内（当前时间与最后更新时间差值超过2分钟，此时间无法更改）没有发送心跳数据，则断开连接。
• 断开
  • 时机：broker挂掉；心跳超时导致nameserver主动关闭连接
  • 动作：一旦连接断开，nameserver会立即感知，更新topic与队列的对应关系，但不会通知生产者和消费者

2.2. 负载均衡

• 一个topic分布在多个broker上，一个broker可以配置多个topic，它们是多对多的关系。
• 如果某个topic消息量很大，应该给它多配置几个队列？这什么意思，并且尽量多分布在不同broker上，减轻某个broker的压力。
• topic消息量都比较均匀的情况下，如果某个broker上的队列越多，则该broker压力越大。

2.3. 可用性

由于消息分布在各个broker上，一旦某个broker宕机，则该broker上的消息读写都会受到影响。所以rocketmq提供了master/slave的结构，salve定时从master同步数据，如果master宕机，则slave提供消费服务，但是不能写入消息，此过程对应用透明，由rocketmq内部解决。
这里有两个关键点：

• 一旦某个broker master宕机，生产者和消费者多久才能发现？受限于rocketmq的网络连接机制，默认情况下，最多需要30秒，但这个时间可由应用设定参数来缩短时间。这个时间段内，发往该broker的消息都是失败的，而且该broker的消息无法消费，因为此时消费者不知道该broker已经挂掉。
• 消费者得到master宕机通知后，转向slave消费（重定向，对于2次开发者透明），但是slave不能保证master的消息100%都同步过来了，因此会有少量的消息丢失。但是消息最终不会丢的，一旦master恢复，未同步过去的消息会被消费掉。

2.4. 可靠性

• 所有发往broker的消息，有同步刷盘和异步刷盘机制，总的来说，可靠性非常高
• 同步刷盘时，消息写入物理文件才会返回成功，因此非常可靠
• 异步刷盘时，只有机器宕机，才会产生消息丢失，broker挂掉可能会发生，但是机器宕机崩溃是很少发生的，除非突然断电。

2.5. 消息清理

• 扫描间隔
  • 默认10秒，由broker配置参数cleanResourceInterval决定
• 空间阈值
  • 物理文件不能无限制的一直存储在磁盘，当磁盘空间达到阈值时，不再接受消息，broker打印出日志，消息发送失败，阈值为固定值85%
• 清理时机
  • 默认每天凌晨4点，由broker配置参数deleteWhen决定；或者磁盘空间达到阈值
• 文件保留时长
  • 默认72小时，由broker配置参数fileReservedTime决定

2.6. 读写性能

• 文件内存映射方式操作文件，避免read/write系统调用和实时文件读写，性能非常高
• 永远一个文件在写，其他文件在读
• 顺序写，随机读
• 利用linux的sendfile？？？mmap+write吧机制，将消息内容直接输出到sokect管道，避免系统调用

2.7. 系统特性要求

• 大内存，内存越大性能越高，否则系统swap会成为性能瓶颈
• IO密集
• cpu load高，使用率低，因为cpu占用后，大部分时间在IO WAIT
• 磁盘可靠性要求高，为了兼顾安全和性能，采用RAID10阵列
• 磁盘读取速度要求快，要求高转速大容量磁盘

3. Producer

消息生产者，生产者的作用就是将消息发送到 MQ，生产者本身既可以产生消息，如读取文本信息等。
也可以对外提供接口，由外部应用来调用接口，再由生产者将收到的消息发送到 MQ。

3.1. 与NameServer关系

• 连接
  • 单个生产者者和一台NameServer保持长连接，定时查询topic配置信息，如果该NameServer挂掉，生产者会自动连接下一个NameServer，直到有可用连接为止，并能自动重连。
• 心跳
  • 无心跳连接
• 轮询时间
  • 默认情况下，生产者每隔30秒从NameServer获取所有topic的最新队列情况，这意味着某个broker如果宕机，生产者最多要30秒才能感知，在此期间，发往该broker的消息发送失败。该时间由DefaultMQProducer的pollNameServerInteval参数决定，可手动配置。

3.2. 与Borker关系

• 连接
  • 单个生产者和该生产者关联的所有broker保持长连接。
• 心跳
  • 默认情况下，生产者每隔30秒向所有broker发送心跳，该时间由DefaultMQProducer的heartbeatBrokerInterval参数决定，可手动配置。broker每隔10秒钟（此时间无法更改），扫描所有还存活的连接，若某个连接2分钟内（当前时间与最后更新时间差值超过2分钟，此时间无法更改）没有发送心跳数据，则关闭连接。
• 断开
  • 移除broker上的生产者信息

3.3. 负载均衡

• 莫得均衡

4. Producer Group

生产者组，简单来说就是多个发送同一类消息的生产者称之为一个生产者组。在这里可以不用关心，只要知道有这么一个概念即可。

5. Consumer

消息消费者，简单来说，消费 MQ 上的消息的应用程序就是消费者，至于消息是否进行逻辑处理，还是直接存储到数据库等取决于业务需要。

5.1. 与NameServer关系

• 连接
  • 单个消费者和一台nameserver保持长连接，定时查询topic配置信息，如果该nameserver挂掉，消费者会自动连接下一个nameserver，直到有可用连接为止，并能自动重连。
• 心跳
  • 不心跳关联
• 轮询时间
  • 默认情况下，消费者每隔30秒从nameserver获取所有topic的最新队列情况，这意味着某个broker如果宕机，客户端最多要30秒才能感知。该时间由DefaultMQPushConsumer的pollNameServerInteval参数决定，可手动配置。

5.2. 与Borker关系

• 连接
  • 单个消费者和该消费者关联的所有broker保持长连接。
• 心跳
  • 默认情况下，消费者每隔30秒向所有broker发送心跳，该时间由DefaultMQPushConsumer的heartbeatBrokerInterval参数决定，可手动配置。broker每隔10秒钟（此时间无法更改），扫描所有还存活的连接，若某个连接2分钟内（当前时间与最后更新时间差值超过2分钟，此时间无法更改）没有发送心跳数据，则关闭连接，并向该消费者分组的所有消费者发出通知，分组内消费者重新分配队列继续消费。
• 断开
  • 时机：消费者挂掉；心跳超时导致broker主动关闭连接
  • 动作：一旦连接断开，broker会立即感知到，并向该消费者分组的所有消费者发出通知，分组内消费者重新分配队列继续消费

5.3. 负载均衡

• 集群消费模式下，一个消费者集群多台机器共同消费一个topic的多个队列，一个队列只会被一个消费者消费。
• 如果某个消费者挂掉，分组内其它消费者会接替挂掉的消费者继续消费。

5.4. 消费机制

• 本地队列
  • 消费者不间断的从broker拉取消息，消息拉取到本地队列，然后本地消费线程消费本地消息队列，只是一个异步过程，拉取线程不会等待本地消费线程，这种模式实时性非常高。对消费者对本地队列有一个保护，因此本地消息队列不能无限大，否则可能会占用大量内存，本地队列大小由DefaultMQPushConsumer的pullThresholdForQueue属性控制，默认1000，可手动设置。
• 轮询间隔
  • 消息拉取线程每隔多久拉取一次？间隔时间由DefaultMQPushConsumer的pullInterval属性控制，默认为0，可手动设置。
• 消息消费数量
  • 监听器每次接受本地队列的消息是多少条？这个参数由DefaultMQPushConsumer的consumeMessageBatchMaxSize属性控制，默认为1，可手动设置。

5.5. 消费进度存储

• 每隔一段时间将各个队列的消费进度存储到对应的broker上，该时间由DefaultMQPushConsumer的persistConsumerOffsetInterval属性控制，默认为5秒，可手动设置。

5.6. 连接数

• 如果一个topic在某broker上有3个队列，一个消费者消费这3个队列，那么该消费者和这个broker有几个连接？
• 一个连接，消费单位与队列相关，消费连接只跟broker相关，事实上，消费者将所有队列的消息拉取任务放到本地的队列，挨个拉取，拉取完毕后，又将拉取任务放到队尾，然后执行下一个拉取任务

6. Consumer Group

消费者组，和生产者类似，消费同一类消息的多个 consumer 实例组成一个消费者组(集群)。

• 标识一类Consumer的集合名称，这类Consumer通常消费一类消息，且消费逻辑一致。同一个Consumer Group下的各个实例将共同消费topic的消息，起到负载均衡的作用。
• 消费进度以Consumer Group为粒度管理，不同Consumer Group之间消费进度彼此不受影响，即消息A被Consumer Group1消费过，也会再给Consumer Group2消费。
• 注： RocketMQ要求同一个Consumer Group的消费者必须要拥有相同的注册信息，即必须要听一样的topic(并且tag也一样)。

7. Filter Server（可选）

RocketMQ可以允许消费者上传一个Java类给Filter Server进行过滤。暂不使用

8. Topic

Topic是一种消息的逻辑分类，比如说你有订单类的消息，也有库存类的消息，那么就需要进行分类，一个是订单 Topic 存放订单相关的消息，一个是库存 Topic 存储库存相关的消息。

9. Tag

标签可以被认为是对Topic进一步细化。一般在相同业务模块中通过引入标签来标记不同用途的消息。
RocketMQ支持给在发送的时候给topic打tag，同一个topic的消息虽然逻辑管理是一样的。但是消费topic1的时候，如果你订阅的时候指定的是tagA，那么tagB的消息将不会投递。

10. Message

Message 是消息的载体。一个 Message 必须指定 topic，相当于寄信的地址。
Message 还有一个可选的 tag 设置，以便消费端可以基于 tag 进行过滤消息。
也可以添加额外的键值对，例如你需要一个业务 key 来查找 broker 上的消息，方便在开发过程中诊断问题。

11. Message Queue

简称queue或Q，消息物理管理单位。一个Topic将有若干个Q。若Topic同时创建在不同的Broker，则不同的broker上都有若干Q，消息将物理地存储落在不同Broker结点上，具有水平扩展的能力。

• 无论生产者还是消费者，实际的生产和消费都是针对Q级别。例如Producer发送消息的时候，会预先选择（默认轮询）好该Topic下面的某一条Q地发送；Consumer消费的时候也会负载均衡地分配若干个Q，只拉取对应Q的消息。
• 每一条message queue均对应一个文件，这个文件存储了实际消息的索引信息。并且即使文件被删除，也能通过实际纯粹的消息文件（commit log）恢复回来。

是不是可以这样理解：这个队列的存在是为了可以让一个topic通过不同路径发布出去，
consumer指定topic实际上就是关注所有的Q，
也就是说，这样操作的意义就在于可以吧Q放到不同Borker启动负载均衡的作用呗。
所以，如果要顺序消费，就让topic只有Q就可以了呗，是不是这样得存疑？

12. Offset

RocketMQ中，有很多offset的概念。但通常我们只关心暴露到客户端的offset。一般我们不特指的话，就是指逻辑Message Queue下面的offset。

• 可以认为一条逻辑的message queue是无限长的数组。一条消息进来下标就会涨1。下标就是offset。
• 一条message queue中的max offset表示消息的最大offset。注：这里从源码上看，max_offset并不是最新的那条消息的offset，而是表示最新消息的offset+1。
• 而min offset则标识现存在的最小offset。
• 由于消息存储一段时间后，消费会被物理地从磁盘删除，message queue的min offset也就对应增长。这意味着比min offset要小的那些消息已经不在broker上了，无法被消费。

13. Consumer Offset

用于标记Consumer Group在一条逻辑Message Queue上，消息消费到哪里了。注：从源码上看，这个数值是最新消费的那条消息的offset+1，所以实际上这个值存储的是【下次拉取的话，从哪里开始拉取的offset】。

• 消费者拉取消息的时候需要指定offset，broker不主动推送消息，而是接受到请求的时候把存储的对应offset的消息返回给客户端。这个offset在成功消费后会更新到内存，并定时持久化。在集群消费模式下，会同步持久化到broker。在广播模式下，会持久化到本地文件。
• 实例重启的时候会获取持久化的consumer offset，用以决定从哪里开始消费。

其他术语

1. 集群消费

消费者的一种消费模式。一个Consumer Group中的各个Consumer实例分摊去消费消息，即一条消息只会投递到一个Consumer Group下面的一个实例。

实际上，每个Consumer是平均分摊Message Queue的去做拉取消费。例如某个Topic有3条Q，其中一个Consumer Group 有 3 个实例（可能是 3 个进程，或者 3 台机器），那么每个实例只消费其中的1条Q。

而由Producer发送消息的时候是轮询所有的Q,所以消息会平均散落在不同的Q上，可以认为Q上的消息是平均的。那么实例也就平均地消费消息了。

这种模式下，消费进度的存储会持久化到Broker。

2. 广播消费

消费者的一种消费模式。消息将对一个Consumer Group下的各个Consumer实例都投递一遍。即即使这些 Consumer 属于同一个Consumer Group，消息也会被Consumer Group 中的每个Consumer都消费一次。

实际上，是一个消费组下的每个消费者实例都获取到了topic下面的每个Message Queue去拉取消费。所以消息会投递到每个消费者实例。

这种模式下，消费进度会存储持久化到实例本地。

3. 顺序消息

消费消息的顺序要同发送消息的顺序一致。

• 由于Consumer消费消息的时候是针对Message Queue顺序拉取并开始消费，且一条Message Queue只会给一个消费者（集群模式下），所以能够保证同一个消费者实例对于Q上消息的消费是顺序地开始消费（不一定顺序消费完成，因为消费可能并行）。
• 在RocketMQ中，顺序消费主要指的是都是Queue级别的局部顺序。
• 这一类消息为满足顺序性，必须Producer单线程顺序发送，且发送到同一个队列，这样Consumer就可以按照Producer发送的顺序去消费消息

生产者发送的时候可以用MessageQueueSelector为某一批消息（通常是有相同的唯一标示id）选择同一个Queue

或者Message Queue的数量只有1，但这样消费的实例也会只有一个，多出来的实例都会空跑。（集群模式）

4. 普通顺序消息

顺序消息的一种，正常情况下可以保证完全的顺序消息。

这种是一旦发生异常，Broker宕机或重启，由于队列总数发生发化，消费者会触发负载均衡，而默认地负载均衡算法采取哈希取模平均，这样负载均衡分配到定位的队列会发化，使得队列可能分配到别的实例上，则会短暂地出现消息顺序不一致。

如果业务能容忍在集群异常情况（如某个 Broker 宕机或者重启）下，消息短暂的乱序，使用普通顺序方式比较合适。

5. 严格顺序消息

顺序消息的一种，无论正常异常情况都能保证顺序。

牺牲了分布式 Failover 特性，即 Broker集群中只要有一台机器不可用，则整个集群都不可用，服务可用性大大降低

如果服务器部署为同步双写模式，此缺陷可通过备机自动切换为主避免，不过仍然会存在几分钟的服务不可用。（依赖同步双写，主备自动切换，自动切换功能目前并未实现）.

RocketMQ 架构

RocketMQ架构

由这张图可以看到有四个集群，分别是 NameServer 集群、Broker 集群、Producer 集群和 Consumer 集群：

1. NameServer：提供轻量级的服务发现和路由。 每个 NameServer 记录完整的路由信息，提供等效的读写服务，并支持快速存储扩展。
2. Broker：通过提供轻量级的 Topic 和 Queue 机制来处理消息存储,同时支持推（push）和拉（pull）模式以及主从结构的容错机制。
3. Producer：生产者，产生消息的实例，拥有相同 Producer Group 的 Producer 组成一个集群。
4. Consumer：消费者，接收消息进行消费的实例，拥有相同 Consumer Group 的Consumer 组成一个集群。

简单说明一下图中箭头含义，从 Broker 开始，
Broker Master1 和 Broker Slave1 是主从结构，它们之间会进行数据同步，即 Date Sync。
同时每个 Broker 与 NameServer 集群中的所有节点建立长连接，定时注册 Topic 信息到所有 NameServer 中。
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。

RocketMQ 集群部署模式

1.单master模式

也就是只有一个 master 节点，称不上是集群，
一旦这个 master 节点宕机，那么整个服务就不可用，适合个人学习使用。

2.多 master 模式

多个 master 节点组成集群，单个 master 节点宕机或者重启对应用没有影响。
优点：所有模式中性能最高
缺点：单个 master 节点宕机期间，未被消费的消息在节点恢复之前不可用，消息的实时性就受到影响。
*注意*：使用同步刷盘可以保证消息不丢失，同时 Topic 相对应的 queue 应该分布在集群中各个节点，而不是只在某各节点上，否则，该节点宕机会对订阅该 topic 的应用造成影响。

3.多 master 多 slave 异步复制模式

在多 master 模式的基础上，每个 master 节点都有至少一个对应的 slave。
master节点可读可写，但是slave只能读不能写，类似于 mysql 的主备模式。
优点： 在 master 宕机时，消费者可以从 slave 读取消息，消息的实时性不会受影响，性能几乎和多 master 一样。
缺点：使用异步复制的同步方式有可能会有消息丢失的问题。

4.多 master 多 slave 同步双写模式

同多 master 多 slave 异步复制模式类似，区别在于 master 和 slave 之间的数据同步方式。
优点：同步双写的同步模式能保证数据不丢失。
缺点：发送单个消息 RT 会略长，性能相比异步复制低10%左右。
刷盘策略：同步刷盘和异步刷盘（指的是节点自身数据是同步还是异步存储）
同步方式：同步双写和异步复制（指的一组 master 和 slave 之间数据的同步）
*注意*：要保证数据可靠，需采用同步刷盘和同步双写的方式，但性能会较其他方式低。

对MQ产品的总结

特性	ActiveMQ	RabbitMQ	RocketMQ	Kafka
设计定位	小型项目常规成员	非日志可靠信息传输	非日志可靠信息传输	系统间数据流管道，实时数据处理
单机吞吐量	万级	万级	10万级	10万级(Kafka目的)
topic数量对性能的影响	未知	未知	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；这是RocketMQ的一大优势，在同等机器下，可以支撑大量的topic	Kopic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	us级	ms级	ms级以内
Available	中 主从	中 主从	高 分布式	高 分布式
Reliability	较低的概率丢失数据	未知	极低或可为0	极低或可为0
功能&扩展	功能完善&扩展一般	功能完善&很难扩展(erlang)	功能完善&扩展良好	功能简单&为了不同环境
社区活跃度	低	高	中	高

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** 以上基本排除ActiveMQ **

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** 以下是其他三种精细对比 **

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