RabbitMQ在分布式系统中的应用

cover

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。（简单了解下RabbitMQ? 点这里）

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。
  java:

    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）。
  java:

    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
  java:

    channel.confirmSelect(); // 进入confirm模式
    // do publish messages... 每条消息都会被编号，从1开始
    channel.getNextPublishSeqNo() // 查看下一条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。
  java:

    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：
  
  

  seq

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（网络分区）：
  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。
  
  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：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:

performance

更多性能参数见：http://www.rabbitmq.com/blog/2012/04/25/rabbitmq-performance-measurements-part-2/

如果有兴趣简单了解下RabbitMQ的简单介绍，可以继续往下看～

简介

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

1

生产者：

channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, false, false, false, null);
channel.basicPublish("", QUEUE_NAME, null, message.getBytes());

消费者：

Consumer consumer = new DefaultConsumer(channel) {
  @Override
  public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, AMQP.BasicProperties properties, byte[] body)
      throws IOException {
    String message = new String(body, "UTF-8");
    System.out.println(" [x] Received '" + message + "'");
  }
};
channel.basicConsume(QUEUE_NAME, autoAck, consumer);

• 一对多：一个生产者，多个消费者

workqueue

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

broadcast

生产者：

channel.exchangeDeclare(EXCHANGE_NAME, "fanout");
String queueName = channel.queueDeclare().getQueue();
channel.queueBind(queueName, EXCHANGE_NAME, "");
channel.basicPublish(EXCHANGE_NAME, "", null, message.getBytes());

消费者同上。

• Routing: 指定路由规则

routing

生产者：

String queueName = channel.queueDeclare().getQueue();
channel.queueBind(queueName, EXCHANGE_NAME, routingKey);
channel.basicPublish(EXCHANGE_NAME, routingKey, null, message.getBytes());

消费者同上。

• Topics: 支持通配符的Routing

topics

*可以表示一个单词
#可以表示一个或多个单词

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

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

- 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

• 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：
  • $RABBITMQ_HOME/sbin/rabbitmq-server：启动脚本，会打印出配置文件，插件，集群等信息；加上-detached为后台启动；
  • /sbin/rabbitmqctl status：查看启动状态
  • /sbin/rabbitmqctl add_user admin admin：添加新用户admin，密码admin；默认只有一个guest用户，但只限本机访问。
  • /sbin/rabbitmqctl set_user_tags admin administrator：将admin设置为管理员权限
  • /sbin/rabbitmqctl set_permissions -p / admin ".*" ".*" ".*" 赋予admin所有权限
  • /sbin/rabbitmqctl stop：关闭

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：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。）
  • $RABBITMQ_HOME/etc/rabbitmq/rabbitmq-env.conf：
    • RABBITMQ_USE_LONGNAME：默认false，(默认的，RABBITMQ_NODENAME中@后面的$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：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：

management

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：
  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。

federated_cluster

federated_broadcast

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

原文作者来自 MaxLeap 团队_Service&Infra 成员：吕舜