大型网站消息队列技术总结

消息队列

简介

消息队列:分布式系统中重要的组件,通用使用场景:当不需要立即获得结果,但是并发量又需要进行控制的时候,差不多就是需要使用消息队列的时候。

消息队列主要解决了应用耦合、异步处理、流量削峰等问题。

常见的消息队列有:RabbitMQ、RocketMQ、ActiveMQ、Kafka、ZeroMQ、MetaMq,另外,部分数据库如Redis、Mysql和phxsql也可以实现消息队列。

消息队列在实际应用中包括如下四个场景:
 应用耦合:多应用间通过消息队列对同一消息进行处理,避免调用接口失败导致整个过程失败;
 异步处理:多应用对消息队列中同一消息进行处理,应用间并发处理消息,相比串行处理,减少处理时间;
 限流削峰:广泛应用于秒杀或抢购活动中,避免流量过大导致应用系统挂掉的情况;
 消息驱动的系统:系统分为消息队列、消息生产者、消息消费者,生产者负责产生消息,消费者(可能有多个)负责对消息进行处理;

消息队列模式

消息队列模式包括:点对点模式和发布/订阅模式。
点对点模式
点对点模式包括三个角色:
 消息队列
 发送者(生产者)
 接收者(消费者)
消息发送者生产消息发送到queue中,然后消息接收者从queue中取出并且消费消息。消息被消费以后,queue中不再有存储,所以消息接收者不可能消费到已经被消费的消息。
点对点模式特点:
 每个消息只有一个接收者(Consumer)(即一旦被消费,消息就不再在消息队列中);
 发送者和接收者间没有依赖性,发送者发送消息之后,不管有没有接收者在运行,都不会影响到发送者下次发送消息;
 接收者在成功接收消息之后需向队列应答成功,以便消息队列删除当前接收的消息;
发布/订阅模式
发布/订阅模式下包括三个角色:
 角色主题(Topic)
 发布者(Publisher)
 订阅者(Subscriber)
发布者将消息发送到Topic,系统将这些消息传递给多个订阅者。
发布/订阅模式特点:
 每个消息可以有多个订阅者;
 发布者和订阅者之间有时间上的依赖性。针对某个主题(Topic)的订阅者,它必须创建一个订阅者之后,才能消费发布者的消息。
 为了消费消息,订阅者需要提前订阅该角色主题,并保持在线运行;

常见的消息队列

  • RabbitMQ

    RabbitMQ是一个在AMQP(高级消息协议队列协议)基础上完成的,可复用的企业消息系统,是当前最主流的消息中间件之一。
    主要特性:
     可靠性: 提供了多种技术可以让你在性能和可靠性之间进行权衡。这些技术包括持久性机制、投递确认、发布者证实和高可用性机制;
     灵活的路由: 消息在到达队列前是通过交换机进行路由的。RabbitMQ为典型的路由逻辑提供了多种内置交换机类型。如果你有更复杂的路由需求,可以将这些交换机组合起来使用,你甚至可以实现自己的交换机类型,并且当做RabbitMQ的插件来使用;
     消息集群:在相同局域网中的多个RabbitMQ服务器可以聚合在一起,作为一个独立的逻辑代理来使用;
     队列高可用:队列可以在集群中的机器上进行镜像,以确保在硬件问题下还保证消息安全;
     多种协议的支持:支持多种消息队列协议;
     服务器端用Erlang语言编写,支持只要是你能想到的所有编程语言;
     管理界面: RabbitMQ有一个易用的用户界面,使得用户可以监控和管理消息Broker的许多方面;
     跟踪机制:如果消息异常,RabbitMQ提供消息跟踪机制,使用者可以找出发生了什么;
     插件机制:提供了许多插件,来从多方面进行扩展,也可以编写自己的插件;
    优缺点
    优点:
     由于erlang语言的特性,mq 性能较好,高并发;
     健壮、稳定、易用、跨平台、支持多种语言、文档齐全;
     有消息确认机制和持久化机制,可靠性高;
     高度可定制的路由;
     管理界面较丰富,在互联网公司也有较大规模的应用;
     社区活跃度高;
    缺点:
     尽管结合erlang语言本身的并发优势,性能较好,但是不利于做二次开发和维护;
     实现了代理架构,意味着消息在发送到客户端之前可以在中央节点上排队。此特性使得RabbitMQ易于使用和部署,但是使得其运行速度较慢,因为中央节点增加了延迟,消息封装后也比较大;
     需要学习比较复杂的接口和协议,学习和维护成本较高;

  • ActiveMQ

    ActiveMQ 是一个完全支持JMS1.1和J2EE 1.4规范的 JMS Provider实现。它非常快速,支持多种语言的客户端和协议,而且可以非常容易的嵌入到企业的应用环境中,并有许多高级功能。
    主要特性:
     服从 JMS 规范:JMS 规范提供了良好的标准和保证,包括:同步或异步的消息分发,一次和仅一次的消息分发,消息接收和订阅等等。遵从 JMS 规范的好处在于,不论使用什么 JMS 实现提供者,这些基础特性都是可用的;
     连接性:ActiveMQ 提供了广泛的连接选项,支持的协议有:HTTP/S,IP 多播,SSL,STOMP,TCP,UDP,XMPP等等。对众多协议的支持让 ActiveMQ 拥有了很好的灵活性。
     支持的协议种类多:OpenWire、STOMP、REST、XMPP、AMQP ;
     持久化插件和安全插件:ActiveMQ 提供了多种持久化选择。而且,ActiveMQ 的安全性也可以完全依据用户需求进行自定义鉴权和授权;
     支持的客户端语言种类多:除了 Java 之外,还有:C/C++,.NET,Perl,PHP,Python,Ruby;
     代理集群:多个 ActiveMQ 代理可以组成一个集群来提供服务;
     异常简单的管理:ActiveMQ 是以开发者思维被设计的。所以,它并不需要专门的管理员,因为它提供了简单又使用的管理特性。有很多中方法可以监控 ActiveMQ 不同层面的数据,包括使用在 JConsole 或者 ActiveMQ 的Web Console 中使用 JMX,通过处理 JMX 的告警消息,通过使用命令行脚本,甚至可以通过监控各种类型的日志。
    优缺点
    优点
     跨平台(JAVA编写与平台无关有,ActiveMQ几乎可以运行在任何的JVM上)
     可以用JDBC:可以将数据持久化到数据库。虽然使用JDBC会降低ActiveMQ的性能,但是数据库一直都是开发人员最熟悉的存储介质。将消息存到数据库,看得见摸得着。而且公司有专门的DBA去对数据库进行调优,主从分离;
     支持JMS :支持JMS的统一接口;
     支持自动重连;
     有安全机制:支持基于shiro,jaas等多种安全配置机制,可以对Queue/Topic进行认证和授权。
     监控完善:拥有完善的监控,包括Web Console,JMX,Shell命令行,Jolokia的REST API;
     界面友善:提供的Web Console可以满足大部分情况,还有很多第三方的组件可以使用,如hawtio;
    缺点
     社区活跃度不及RabbitMQ高;
     根据其他用户反馈,会出莫名其妙的问题,会丢失消息;
     目前重心放到activemq6.0产品-apollo,对5.x的维护较少;
     不适合用于上千个队列的应用场景;

  • RocketMQ

    RocketMQ出自阿里公司的开源产品,用 Java 语言实现,在设计时参考了 Kafka,并做出了自己的一些改进,消息可靠性上比 Kafka 更好。RocketMQ在阿里集团被广泛应用在订单,交易,充值,流计算,消息推送,日志流式处理,binglog分发等场景。
    主要特性:
     是一个队列模型的消息中间件,具有高性能、高可靠、高实时、分布式特点;
     Producer、Consumer、队列都可以分布式;
     Producer向一些队列轮流发送消息,队列集合称为Topic,Consumer如果做广播消费,则一个consumer实例消费这个Topic对应的所有队列,如果做集群消费,则多个Consumer实例平均消费这个topic对应的队列集合;
     能够保证严格的消息顺序;
     提供丰富的消息拉取模式;
     高效的订阅者水平扩展能力;
     实时的消息订阅机制;
     亿级消息堆积能力;
     较少的依赖;
    优缺点
    优点
     单机支持 1 万以上持久化队列
     RocketMQ 的所有消息都是持久化的,先写入系统 PAGECACHE,然后刷盘,可以保证内存与磁盘都有一份数据,访问时,直接从内存读取。
     模型简单,接口易用(JMS 的接口很多场合并不太实用);
     性能非常好,可以大量堆积消息在broker中;
     支持多种消费,包括集群消费、广播消费等。
     各个环节分布式扩展设计,主从HA;
     开发度较活跃,版本更新很快。
    缺点
     支持的客户端语言不多,目前是java及c++,其中c++不成熟;
     RocketMQ社区关注度及成熟度也不及前两者;
     没有web管理界面,提供了一个CLI(命令行界面)管理工具带来查询、管理和诊断各种问题;
     没有在 mq 核心中去实现JMS等接口;

  • Kafka

    Apache Kafka是一个分布式消息发布订阅系统。它最初由LinkedIn公司基于独特的设计实现为一个分布式的提交日志系统( a distributed commit log),之后成为Apache项目的一部分。Kafka系统快速、可扩展并且可持久化。它的分区特性,可复制和可容错都是其不错的特性。
    主要特性:
     快速持久化,可以在O(1)的系统开销下进行消息持久化;
     高吞吐,在一台普通的服务器上既可以达到10W/s的吞吐速率;
     .完全的分布式系统,Broker、Producer、Consumer都原生自动支持分布式,自动实现负载均衡;
     支持同步和异步复制两种HA;
     支持数据批量发送和拉取;
     zero-copy:减少IO操作步骤;
     数据迁移、扩容对用户透明;
     无需停机即可扩展机器;
     其他特性:严格的消息顺序、丰富的消息拉取模型、高效订阅者水平扩展、实时的消息订阅、亿级的消息堆积能力、定期删除机制;
    优缺点
    优点
     客户端语言丰富,支持java、.net、php、ruby、python、go等多种语言;
     性能卓越,单机写入TPS约在百万条/秒,消息大小10个字节;
     提供完全分布式架构, 并有replica机制, 拥有较高的可用性和可靠性, 理论上支持消息无限堆积;
     支持批量操作;
     消费者采用Pull方式获取消息, 消息有序, 通过控制能够保证所有消息被消费且仅被消费一次;
     有优秀的第三方Kafka Web管理界面Kafka-Manager;
     在日志领域比较成熟,被多家公司和多个开源项目使用;
    缺点
     Kafka单机超过64个队列/分区,Load会发生明显的飙高现象,队列越多,load越高,发送消息响应时间变长
     使用短轮询方式,实时性取决于轮询间隔时间;
     消费失败不支持重试;
     支持消息顺序,但是一台代理宕机后,就会产生消息乱序;
     社区更新较慢;

总结

Kafka在于分布式架构,RabbitMQ基于AMQP协议来实现,RocketMQ/思路来源于kafka,改成了主从结构,在事务性可靠性方面做了优化。广泛来说,电商、金融等对事务性要求很高的,可以考虑RabbitMQ和RocketMQ,对性能要求高的可考虑Kafka。

参考链接
https://cloud.tencent.com/developer/article/1006035
https://blog.csdn.net/shaobingj126/article/details/50585035
https://blog.csdn.net/heyutao007/article/details/50131089
https://www.javazhiyin.com/22897.html

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