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消息队列介绍

消息队列介绍

作者: Yluozi | 来源:发表于2021-09-22 15:21 被阅读0次

    (本文为网络文章的摘要总结)

    将 MQ 掰开了揉碎了来看,都是「一发一存一消费」,再直白点就是一个「转发器」。

    生产者先将消息投递一个叫做「队列」的容器中,然后再从这个容器中取出消息,最后再转发给消费者,仅此而已。


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    何为消息队列:

    最初的消息队列就是上一节讲的原始模型,它是一个严格意义上的队列(Queue)。消息按照什么顺序写进去,就按照什么顺序读出来。不过,队列没有 “读” 这个操作,读就是出队,从队头中 “删除” 这个消息。

    队列模型

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    发布-订阅模型

    如果需要将一份消息数据分发给多个消费者,并且每个消费者都要求收到全量的消息。很显然,队列模型无法满足这个需求。一个可行的方案是:为每个消费者创建一个单独的队列,让生产者发送多份。这种做法比较笨,而且同一份数据会被复制多份,也很浪费空间。为了解决这个问题,就演化出了另外一种消息模型:发布-订阅模型。


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    在发布-订阅模型中,存放消息的容器变成了 “主题”,订阅者在接收消息之前需要先 “订阅主题”。最终,每个订阅者都可以收到同一个主题的全量消息。仔细对比下它和 “队列模式” 的异同:生产者就是发布者,队列就是主题,消费者就是订阅者,无本质区别。唯一的不同点在于:一份消息数据是否可以被多次消费。

    MQ 的应用场景

    目前,MQ 的应用场景非常多,大家能倒背如流的是:系统解耦、异步通信和流量削峰。除此之外,还有延迟通知、最终一致性保证、顺序消息、流式处理等等。那到底是先有消息模型,还是先有应用场景呢?答案肯定是:先有应用场景(也就是先有问题),再有消息模型,因为消息模型只是解决方案的抽象而已。MQ 经过 30 多年的发展,能从最原始的队列模型发展到今天百花齐放的各种消息中间件(平台级的解决方案),我觉得万变不离其宗,还是得益于:消息模型的适配性很广。我们试着重新理解下消息队列的模型。它其实解决的是:生产者和消费者的通信问题。那它对比 RPC 有什么联系和区别呢?


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    再返过来思考 MQ 的所有应用场景,就不难理解 MQ 为什么适用了?因为这些应用场景无外乎都利用了上面两个特性。举一个实际例子,比如说电商业务中最常见的「订单支付」场景:在订单支付成功后,需要更新订单状态、更新用户积分、通知商家有新订单、更新推荐系统中的用户画像等等。

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    引入 MQ 后,订单支付现在只需要关注它最重要的流程:更新订单状态即可。其他不重要的事情全部交给 MQ 来通知。这便是 MQ 解决的最核心的问题:系统解耦。

    这个改造还带来了另外一个好处:因为 MQ 的引入,更新用户积分、通知商家、更新用户画像这些步骤全部变成了异步执行,能减少订单支付的整体耗时,提升订单系统的吞吐量。这便是 MQ 的另一个典型应用场景:异步通信。

    我们还可以利用队列本身的顺序性,来满足消息必须按顺序投递的场景;利用队列 + 定时任务来实现消息的延时消费 ……

    设计思路

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    1、Broker(服务端):MQ 中最核心的部分,是 MQ 的服务端,核心逻辑几乎全在这里,它为生产者和消费者提供 RPC 接口,负责消息的存储、备份和删除,以及消费关系的维护等。
    2、Producer(生产者):MQ 的客户端之一,调用 Broker 提供的 RPC 接口发送消息。
    3、Consumer(消费者):MQ 的另外一个客户端,调用 Broker 提供的 RPC 接口接收消息,同时完成消费确认。

    难点1:RPC 通信解决的是 Broker 与 Producer 以及 Consumer 之间的通信问题。如果不重复造轮子,直接利用成熟的 RPC 框架 Dubbo 或者 Thrift 实现即可,这样不需要考虑服务注册与发现、负载均衡、通信协议、序列化方式等一系列问题了。当然,你也可以基于 Netty 来做底层通信,用 Zookeeper、Euraka 等来做注册中心,然后自定义一套新的通信协议(类似 Kafka),也可以基于 AMQP 这种标准化的 MQ 协议来做实现(类似 RabbitMQ)。对比直接用 RPC 框架,这种方案的定制化能力和优化空间更大。

    难点2:高可用设计高可用主要涉及两方面:Broker 服务的高可用、存储方案的高可用。可以拆开讨论。Broker 服务的高可用,只需要保证 Broker 可水平扩展进行集群部署即可,进一步通过服务自动注册与发现、负载均衡、超时重试机制、发送和消费消息时的 ack 机制来保证。存储方案的高可用有两个思路:1)参考 Kafka 的分区 + 多副本模式,但是需要考虑分布式场景下数据复制和一致性方案(类似 Zab、Raft等协议),并实现自动故障转移;2)还可以用主流的 DB、分布式文件系统、带持久化能力的 KV 系统,它们都有自己的高可用方案。

    难点3:存储设计消息的存储方案是 MQ 的核心部分,可靠性保证已经在高可用设计中谈过了,可靠性要求不高的话直接用内存或者分布式缓存也可以。这里重点说一下存储的高性能如何保证?这个问题的决定因素在于存储结构的设计。目前主流的方案是:追加写日志文件(数据部分) + 索引文件的方式(很多主流的开源 MQ 都是这种方式),索引设计上可以考虑稠密索引或者稀疏索引,查找消息可以利用跳转表、二份查找等,还可以通过操作系统的页缓存、零拷贝等技术来提升磁盘文件的读写性能。如果不追求很高的性能,也可以考虑现成的分布式文件系统、KV 存储或者数据库方案。

    难点4:消费关系管理为了支持发布-订阅的广播模式,Broker 需要知道每个主题都有哪些 Consumer 订阅了,基于这个关系进行消息投递。由于 Broker 是集群部署的,所以消费关系通常维护在公共存储上,可以基于 Zookeeper、Apollo 等配置中心来管理以及进行变更通知。难点5:高性能设计存储的高性能前面已经谈过了,当然还可以从其他方面进一步优化性能。比如 Reactor 网络 IO 模型、业务线程池的设计、生产端的批量发送、Broker 端的异步刷盘、消费端的批量拉取等等。

    引文:
    消息队列(mq)是什么?
    消息队列-生产者和消费者到底是什么
    RabbitMQ深入理解(一)进阶/管理/配置

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