RabbitMq的原理及四种常用方式（direct,fanout,topic）

1.RabbitMQ简介

在介绍RabbitMQ之前实现要介绍一下MQ，MQ是什么？

        MQ全称是Message Queue，可以理解为消息队列的意思，简单来说就是消息以管道的方式进行传递。
        RabbitMQ是一个实现了AMQP（Advanced Message Queuing Protocol）高级消息队列协议的消息队列服务，用Erlang语言的。

使用场景

        在我们秒杀抢购商品的时候，系统会提醒我们稍等排队中，而不是像几年前一样页面卡死或报错给用户。
像这种排队结算就用到了消息队列机制，放入通道里面一个一个结算处理，而不是某个时间断突然涌入大批量的查询新增把数据库给搞宕机，所以RabbitMQ本质上起到的作用就是削峰填谷，为业务保驾护航。

2.为什么选择RabbitMQ

         现在的市面上有很多MQ可以选择，比如ActiveMQ、ZeroMQ、Appche Qpid，那问题来了为什么要选择RabbitMQ？

1.除了Qpid，RabbitMQ是唯一一个实现了AMQP标准的消息服务器；
2.可靠性，RabbitMQ的持久化支持，保证了消息的稳定性；
3.高并发，RabbitMQ使用了Erlang开发语言，Erlang是为电话交换机开发的语言，天生自带高并发光环，和高可用特性；
4.集群部署简单，正是应为Erlang使得RabbitMQ集群部署变的超级简单；
5.社区活跃度高，根据网上资料来看，RabbitMQ也是首选；

3.工作机制

生产者、消费者和代理
在了解消息通讯之前首先要了解3个概念：生产者、消费者和代理。
生产者：消息的创建者，负责创建和推送数据到消息服务器；
消费者：消息的接收方，用于处理数据和确认消息；
代理：就是RabbitMQ本身，用于扮演“快递”的角色，本身不生产消息，只是扮演“快递”的角色。
消息发送原理
        首先你必须连接到Rabbit才能发布和消费消息，那怎么连接和发送消息的呢？
        你的应用程序和Rabbit Server之间会创建一个TCP连接，一旦TCP打开，并通过了认证，认证就是你试图连接Rabbit之前发送的Rabbit服务器连接信息和用户名和密码，有点像程序连接数据库，使用Java有两种连接认证的方式，后面代码会详细介绍，一旦认证通过你的应用程序和Rabbit就创建了一条AMQP信道（Channel）。
        信道是创建在“真实”TCP上的虚拟连接，AMQP命令都是通过信道发送出去的，每个信道都会有一个唯一的ID，不论是发布消息，订阅队列或者介绍消息都是通过信道完成的。
为什么不通过TCP直接发送命令？
        对于操作系统来说创建和销毁TCP会话是非常昂贵的开销，假设高峰期每秒有成千上万条连接，每个连接都要创建一条TCP会话，这就造成了TCP连接的巨大浪费，而且操作系统每秒能创建的TCP也是有限的，因此很快就会遇到系统瓶颈。
如果我们每个请求都使用一条信道连接，既满足了性能的需要，又能确保每个连接的私密性，这就是引入信道概念的原因。
你必须知道的Rabbit
想要真正的了解Rabbit有些名词是你必须知道的。
包括：ConnectionFactory（连接管理器）、Channel（信道）、Exchange（交换器）、Queue（队列）、RoutingKey（路由键）、BindingKey（绑定键）。
ConnectionFactory（连接管理器）：应用程序与Rabbit之间建立连接的管理器，程序代码中使用；
Channel（信道）：消息推送使用的通道；
Exchange（交换器）：用于接受、分配消息；
Queue（队列）：用于存储生产者的消息；
RoutingKey（路由键）：用于把生成者的数据分配到交换器上；
BindingKey（绑定键）：用于把交换器的消息绑定到队列上；

看到上面的解释，最难理解的路由键和绑定键了，那么他们具体怎么发挥作用的，请看下图

4.消息持久化

Rabbit队列和交换器有一个不可告人的秘密，就是默认情况下重启服务器会导致消息丢失，那么怎么保证Rabbit在重启的时候不丢失呢？答案就是消息持久化。

当你把消息发送到Rabbit服务器的时候，你需要选择你是否要进行持久化，但这并不能保证Rabbit能从崩溃中恢复，想要Rabbit消息能恢复必须满足3个条件：
投递消息的时候durable设置为true，消息持久化，代码：channel.queueDeclare(x, true, false, false, null)，参数2设置为true持久化；
设置投递模式deliveryMode设置为2（持久），代码：channel.basicPublish(x, x, MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN,x)，参数3设置为存储纯文本到磁盘；
消息已经到达持久化交换器上；
消息已经到达持久化的队列；
持久化工作原理
Rabbit会将你的持久化消息写入磁盘上的持久化日志文件，等消息被消费之后，Rabbit会把这条消息标识为等待垃圾回收。
持久化的缺点
消息持久化的优点显而易见，但缺点也很明显，那就是性能，因为要写入硬盘要比写入内存性能较低很多，从而降低了服务器的吞吐量，尽管使用SSD硬盘可以使事情得到缓解，但他仍然吸干了Rabbit的性能，当消息成千上万条要写入磁盘的时候，性能是很低的。
所以使用者要根据自己的情况，选择适合自己的方式。
虚拟主机
每个Rabbit都能创建很多vhost，我们称之为虚拟主机，每个虚拟主机其实都是mini版的RabbitMQ，拥有自己的队列，交换器和绑定，拥有自己的权限机制。
vhost特性
RabbitMQ默认的vhost是“/”开箱即用；
多个vhost是隔离的，多个vhost无法通讯，并且不用担心命名冲突（队列和交换器和绑定），实现了多层分离；

5.rabbitmq常用（direct,fanout,topic）

举例用到的三个类:MqConfig,MqSender,MqReceiver

1.direct模式

direct原理图

我们可以看到direct模式下，无需路由键和绑定键,生产者生产消息通过交换器到了队列，然后由消费者消费
direct实现
MqConfig

    /**
     * direct的队列
     */
    public static final String DIRECT_QUEUE = "direct.queue";

    @Bean
    public Queue directQueue() {
        return new Queue(DIRECT_QUEUE, true);
    }

MqSender

   /**
     * direct 模式
     *
     * @param messages 发的消息
     */
    public void sendDirectMessage(Object messages) {
        String message = RedisService.beanToString(messages);
        log.info("rabbitmq send direct message:" + message);
        amqpTemplate.convertAndSend(MqConfig.DIRECT_QUEUE, message);
    }

MqReceiver

  @RabbitListener(queues = MqConfig.DIRECT_QUEUE)
    public void receiveDirectMessage(String message) {
        log.info("rabbitmq receive direct message:" + message);
    }

测试结果：

2.topic模式

topic原理图

我们可以看到topic模式下，路由键和绑定键,生产者生产消息通过交换器到了队列，然后由消费者消费,绑定键中的#，#代表匹配一个或者多个单词，*代表不多于1个单词，就是出现0或者1个
实现
MqConfig

/**
     * 第二种方式：topic方式
     *
     * @return
     */

    /**
     * topic的队列
     */
    public static final String TOPIC_QUEUE1 = "topic.queue1";
    public static final String TOPIC_QUEUE2 = "topic.queue2";
    public static final String TOPIC_QUEUE3 = "topic.queue3";
    public static final String TOPIC_EXCHANGE = "topic.exchange";

    @Bean
    public Queue topicQueue1() {
        return new Queue(TOPIC_QUEUE1, true);
    }

    @Bean
    public Queue topicQueue2() {
        return new Queue(TOPIC_QUEUE2, true);
    }
    @Bean
    public Queue topicQueue3() {
        return new Queue(TOPIC_QUEUE3, true);
    }

    @Bean
    public TopicExchange topicExchange() {
        return new TopicExchange(TOPIC_EXCHANGE);
    }

    @Bean
    public Binding bindingTopicExchange1() {
        return BindingBuilder.bind(topicQueue1()).to(topicExchange()).with("topic.#");
    }

    @Bean
    public Binding bindingTopicExchange2() {
        return BindingBuilder.bind(topicQueue2()).to(topicExchange()).with("topic.keys1");
    }
    @Bean
    public Binding bindingTopicExchange3() {
        return BindingBuilder.bind(topicQueue3()).to(topicExchange()).with("topic.*");
    }

MqSender

  /**
     * topic 模式
     *
     * @param messages 发的消息
     */
    public void sendTopicMessage(Object messages) {
        String message = RedisService.beanToString(messages);
        log.info("rabbitmq send topic message:" + message);
                amqpTemplate.convertAndSend(MqConfig.TOPIC_EXCHANGE, "topic.keys2", "topic.keys2:" + message);
        amqpTemplate.convertAndSend(MqConfig.TOPIC_EXCHANGE, "topic.keys1.time", "topic.keys1.time:" + message);
    }

MqReceiver

      @RabbitListener(queues = MqConfig.TOPIC_QUEUE1)
    public void receiveTopicMessage1(String message) {
        log.info("rabbitmq receive topic message:" + message);
    }

    @RabbitListener(queues = MqConfig.TOPIC_QUEUE2)
    public void receiveTopicMessage2(String message) {
        log.info("rabbitmq receive topic message:" + message);
    }

    @RabbitListener(queues = MqConfig.TOPIC_QUEUE3)
    public void receiveTopicMessage3(String message) {
        log.info("rabbitmq receive topic message:" + message);
    }

测试结果：
绑定键topic.keys1

amqpTemplate.convertAndSend(MqConfig.TOPIC_EXCHANGE, "topic.keys1", "topic.keys1:" + message);

绑定键topic.keys1,满足条件的队列为1,2，3

绑定键topic.keys2

amqpTemplate.convertAndSend(MqConfig.TOPIC_EXCHANGE, "topic.keys2", "topic.keys2:" + message);

绑定键topic.keys2,满足条件的队列为1，3

绑定键topic.keys1.time

        amqpTemplate.convertAndSend(MqConfig.TOPIC_EXCHANGE, "topic.keys1.time", "topic.keys1.time:" + message);

绑定键topic.keys1.time,满足条件的队列为1

3.fanout模式

fanout理图

我们可以看到fanout模式下，有路由键，无绑定键,生产者生产消息通过交换器到了队列，然后由消费者消费
fanout实现
MqConfig

 /**
     * 第三种：fanout广播模式
     */

    /**
     * fanout
     */

    public static final String FANOUT_QUEUE1 = "fanout.queue1";
    public static final String FANOUT_QUEUE2 = "fanout.queue2";
    public static final String FANOUT_EXCHANGE = "fanout.exchange";
    @Bean
    public Queue fanoutQueue1() {
        return new Queue(FANOUT_QUEUE1,true);
    }
    @Bean
    public Queue fanoutQueue2() {
        return new Queue(FANOUT_QUEUE2,true);
    }
    @Bean
    public FanoutExchange fanoutExchange(){
        return new FanoutExchange(FANOUT_EXCHANGE);
    }
    @Bean
    public Binding bindingFanoutBinding1(){
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue1()).to(fanoutExchange());
    }
    @Bean
    public Binding bindingFanoutBinding2(){
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue2()).to(fanoutExchange());
    }

MqSender

/**
     * fanout 模式
     *
     * @param messages 发的消息
     */
    public void sendFanoutMessage(Object messages) {
        String message = RedisService.beanToString(messages);
        log.info("rabbitmq send fanout message:" + message);
        amqpTemplate.convertAndSend(MqConfig.FANOUT_EXCHANGE, "", message);
    }

MqReceiver

@RabbitListener(queues = MqConfig.FANOUT_QUEUE1)
    public void receiveFanoutMessage1(String message) {
        log.info("rabbitmq receive fanout message:" + message);
    }

    @RabbitListener(queues = MqConfig.FANOUT_QUEUE2)
    public void receiveFanoutMessage2(String message) {
        log.info("rabbitmq receive fanout message:" + message);
    }

测试结果：