Rabbitmq原理和分析

1、基本原理

MQ全称为Message Queue，是一种分布式应用程序的的通信方法，它是消费-生产者模型的一个典型的代表，producer往消息队列中不断写入消息，而另一端consumer则可以读取或者订阅队列中的消息。

RabbitMQ是MQ产品的典型代表，是一款基于AMQP协议可复用的企业消息系统。业务上，可以实现服务提供者和消费者之间的数据解耦，提供高可用性的消息传输机制，在实际生产中应用相当广泛。本文意在介绍Rabbitmq的基本原理，包括rabbitmq基本框架，概念，通信过程等。

2、系统架构

Rabbitmq系统最核心的组件是Exchange和Queue，下图是系统简单的示意图。Exchange和Queue是在rabbitmq server（又叫做broker）端，producer和consumer在应用端。

注意：生产者、消费者、中间件不必在一台机器上，实际应用中也是绝大多数不在一起的。我们可以用一张图表示RabbitMQ的构造：

Producer

消息发送者，在MQ中被称为生产者（producer），一个发送消息的应用也被叫做生产者，用P表示。

Consumer

生产者“生产”出消息后，最终由谁消费呢？等待接受消息的应用程序，我们称之为消费者（Consuming ），用C表示。

Queue

消息只能存储在队列（queue）中。尽管消息在rabbitMQ和应用程序间流通，但是队列却是存在于RabbitMQ内部。

一个队列不受任何限制，它可以存储你想要存储的消息量，它本质上是一个无限的缓冲区。

多个生产者可以向同一个队列发送消息，多个消费者可以尝试从同一个消息队列中接收数据。

一个队列像下面这样（上面是它的队列名称）

消息队列，提供了FIFO的处理机制，具有缓存消息的能力。Rabbitmq中，队列消息可以设置为持久化，临时或者自动删除。

1）、设置为持久化的队列，queue中的消息会在server本地硬盘存储一份，防止系统crash，数据丢失。

2）、设置为临时队列，queue中的数据在系统重启之后就会丢失。

3）、设置为自动删除的队列，当不存在用户连接到server，队列中的数据会被自动删除。

Exchange

Exchange类似于数据通信网络中的交换机，提供消息路由策略。Rabbitmq中，producer不是通过信道直接将消息发送给queue，而是先发送给Exchange。一个Exchange可以和多个Queue进行绑定，producer在传递消息的时候，会传递一个ROUTING_KEY，Exchange会根据这个ROUTING_KEY按照特定的路由算法，将消息路由给指定的queue。和Queue一样，Exchange也可设置为持久化，临时或者自动删除。

Exchange有4种类型：direct(默认)，fanout, topic, 和headers，不同类型的Exchange转发消息的策略有所区别：

1）、Direct 直接交换器，工作方式类似于单播，Exchange会将消息发送完全匹配ROUTING_KEY的Queue。

2）、fanout广播是式交换器，不管消息的ROUTING_KEY设置为什么，Exchange都会将消息转发给所有绑定的Queue。

3）、topic主题交换器，工作方式类似于组播，Exchange会将消息转发和ROUTING_KEY匹配模式相同的所有队列，比如，ROUTING_KEY为user.stock的Message会转发给绑定匹配模式为 * .stock,user.stock， * . * 和#.user.stock.#的队列。（ * 表是匹配一个任意词组，#表示匹配0个或多个词组）。

4）、headers消息体的header匹配（ignore）。

Binding

所谓绑定就是将一个特定的 Exchange 和一个特定的 Queue 绑定起来。Exchange 和Queue的绑定可以是多对多的关系。

virtual host

在Rabbitmq server上可以创建多个虚拟的message broker，又叫做virtual hosts (vhosts)。每一个vhost本质上是一个mini-rabbitmq server，分别管理各自的exchange和bindings。vhost相当于物理的server，可以为不同app提供边界隔离，使得应用安全的运行在不同的vhost实例上，相互之间不会干扰。producer和consumer连接rabbit server需要指定一个vhost。

3、通信过程

假设P1和C1注册了相同的Broker，Exchange和Queue。P1发送的消息最终会被C1消费。基本的通信流程大概如下所示：

1）、1生产消息，发送给服务器端的。

2）、 ExchangeExchange收到消息，根据ROUTINKEY，将消息转发给匹配的Queue1。

3）、 Queue1收到消息，将消息发送给订阅者C1。

4）、 C1收到消息，发送ACK给队列确认收到消息。

5）、 Queue1收到ACK，删除队列中缓存的此条消息。

Consumer收到消息时需要显式的向rabbit broker发送basic.ack消息或者consumer订阅消息时设置auto_ack参数为true。在通信过程中，队列对ACK的处理有以下几种情况：

1）、如果consumer接收了消息，发送ack，rabbitmq会删除队列中这个消息，发送另一条消息给consumer。

2）、 如果cosumer接受了消息，但在发送ack之前断开连接，Rabbitmq会认为这条消息没有被deliver，在consumer在次连接的时候，这条消息会被redeliver。

3）、 如果consumer接受了消息，但是程序中有bug，忘记了ack，Rabbitmq不会重复发送消息。

4）、 Rabbitmq2.0.0和之后的版本支持consumer reject某条（类）消息，可以通过设置requeue参数中的reject为true达到目地，那么Rabbitmq将会把消息发送给下一个注册的consumer。

4、应用场景

异步处理

场景：用户注册后，发送短信和邮箱通知等。

1）、串行逻辑耗时150s。

2）并行逻辑耗时100s。

3.mq消息队列处理耗时55s。

发送注册短信及邮箱通知不是必须的逻辑，所以放在mq中慢慢的消费，提高了系统的整体的性能。

应用解耦

场景：双11购物节的时候，用户下单后，订单系统会及时通知库存系统。

1）、传统的做法：订单系统接口调用库存系统。

设想下，如果订单系统正在调用库存系统的时候，库存系统发生崩溃了，那么这个订单就没有成功，直接的造成了成交单的损失。

2）mq逻辑解耦。

订单系统：用户下单后，订单系统完成持久化处理，将消息写入消息队列，返回用户订单下单成功。 

库存系统：订阅下单的消息，获取下单消息，进行库操作。 

这样即使库存系统发生崩溃，但是订单的下单信息仍然存在消息队列中，等库存系统恢复正常后，继续调用库存接口，消息不会丢失，保证了成交量。

并发削峰

针对高并发请求，比如双11并发量超大的情况下，可以将用户的下单消息先存到消息队列中，这就极大的削弱了请求的并发量，然后慢慢消费消息队列中的消息，很好的避免了卡着不动的局面，用户体验也会好很多。

作者：xiaonian0430
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