高性能消息中间件——NATS
前 言
这段时间我的主要工作内容是将公司系统中使用的RabbitMQ替换成NATS，而此之前我对Nats一无所知。经过一段时间紧张的学习和开发之后我顺利的完成了任务,并对消息中间件有了更深的了解。在此感谢同事钟亮在此过程中对我的帮助。NATS属于比较小众的一款中间件产品，中文资料基本上是没有的，故写以记之，为想学习Nats的同学提供一点帮助。
在介绍NATS之前先了解下什么是分布式系统和消息中间件
对于分布式系统的定义，一直以来我都没有找到或者想到特别简练而又合适的定义，这里引用一下Distributed System Concepts and Design (Thrid Edition)中的一句话A distributed system is one in which components located at networked computers communicate and coordinate their actions only by passing messages,从这句话我们可以看到几个重点，一是组件分布在网络计算机上，二是组件之间仅仅通过消息传递来通信并协调行动。消息中间件维基百科给出的定义为Message-oriented middleware(MOM) is software infrastructure focused on sending and receiving messages between distrubuted systems,意思就是面向消息的系统（消息中间件）是在分布式系统中完成消息的发送和接收的基础软件
消息中间件常被提及的好处即异步和解耦，市面上常常被使用到的中间件有RabbitMQ, ActiveMQ, Kafka等，他们的关注度和使用率都非常的高，并且使用起来也非常的方便。公司的WiseCloud产品就集成了RabbitMQ。而在下一个版本的更新中将会使用NATS来替换RabbitMQ。使用NATS的好处比较多首先就是其性能非常好，下面引用官网的性能对比图：
NATS介绍
NATS是一个开源、轻量级、高性能的分布式消息中间件，实现了高可伸缩性和优雅的Publish/Subscribe模型，使用Golang语言开发。NATS的开发哲学认为高质量的QoS应该在客户端构建，故只建立了Request-Reply，不提供 1.持久化 2.事务处理 3.增强的交付模式 4.企业级队列。
NATS消息传递模型
NATS支持各种消息传递模型，包括：
发布订阅（Publish Subscribe）
请求回复（Request Reply）
队列订阅（Queue Subscribers )
提供的功能：
纯粹的发布订阅模型（Pure pub-sub）
服务器集群（Cluster mode server）
自动精简订阅者（Auto-pruning of subscribers)
基于文本协议（Text-based protocol）
多服务质量保证（Multiple qualities of service - QoS）
发布订阅（Publish Subscribe）
NATS将publish/subscribe消息分发模型实现为一对多通信，发布者在Subject上发送消息，并且监听该Subject在任何活动的订阅者都会收到该消息
java:
//publish
Connection nc = Nats.connect(“nats://127.0.0.1:4222”);
nc.publish(“subject”, “hello world”.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
//subscribe
Subscription sub = nc.subscribe(“subject”);
Message msg = sub.nextMessage(Duration.ofMillis(500));
String response = new String(msg.getData(), StandardCharsets.
UTF_8);
或者是基于回调的subscribe
//subscribe
Dispatcher d = nc.createDispatcher(msg - >{
String response = new String(msg.getData(), StandardCharsets.UTF_8)
//do something
})
d.subscribe(“subject”);
请求响应（Request Reply）
NATS支持两种请求响应消息：点对点或多对多。点对点涉及最快或首先响应。在一对多的消息交换中，需要限制请求响应的限制
在Request Reply过程中，发布请求发布带有响应主题的消息，期望对该subject做出响应操作
java:
// publish
Connection connection = Nats.connect(“nats://127.0.0.1:4222”);
String reply = “replyMsg”;
//请求回应方法回调
Dispatcher d = connection.createDispatcher(msg ->
System.out.println("reply: " + JSON.toJSONString(msg));
})
d.unsubscribe(repl , 1);
//订阅请求
d.subscribe(reply);
//发布请求
connection.publish(“requestSub”, reply, “request”.getBytes(StandardCharsets.
UTF_8));
//subscribe
Connection nc = Nats.connect(“nats://127.0.0.1:4222”);
//注册订阅
Dispatcher dispatcher = nc.createDispatcher(msg -> {
System.out.println(JSON.toJSONString(msg));
nc.publish(msg.getReplyTo(), “this is reply”.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
});
dispatcher.subscribe(“requestSub”);
队列订阅&分享工作（Queue Subscribers & Sharing Work）
NATS提供称为队列订阅的负载均衡功能，虽然名字为queue(队列)但是并不是我们所认为的那样。他的主要功能是将具有相同queue名字的subject进行负载均衡。使用队列订阅功能消息发布者不需要做任何改动，消息接受者需要具有相同的对列名欢迎工作一到五年的Java工程师朋友们加入Java架构交流：874811168 群内提供免费的Java架构学习资料
// Subscribe
Connection nc = Nats.connect();
Dispatcher d = nc.createDispatcher(msg -> {
//do something
System.out.println("msg: " + new String(msg.getData(),StandardCharsets.UTF_8));
});
d.subscribe(“queSub”, “queName”);
Nats-Spring集成
NATS虽说是一个性能非常好的消息中间键，但是和Spring的集成不是很好。这里提供两个集成的思路
CloudFoundry-Community/java-nats
Wanlinus/nats-spring
java-nats
这是一个由CloudFoundry主导的一个NATS java客户端。提供了区别于官方的nats客户端，支持注解配置，对Spring有比较好的支持，但是此项目已经有1年多没有更新且不支持NATS Streaming。相应用法参考Github,这里不做详细讲解.
nats-spring
由于开源社区只提供一个简单的NATS Client,缺少对注解和Spring的支持,所以我基于官方jnats客户端写了一个SpringBoot的兼容插件.主要是为了兼容spring boot amqp开发模式，尽量使用注解解决问题开发出来的，所以使用方法类似于在代码中使用@RabbitListener.具体使用方法如下
{{git clone https://github.com/wanlinus/nats-spring.git
cd nats-spring
mvn clean install}}}
cn.wanlinus
nats-spring
1.0.0.RELEASE
application.ymlspring:
nats:
urls:
- nats://127.0.0.1:4222
@EnableNats
@SpringBootApplication
public class NatsDemo2Application {
public static void main(String[] args) {
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SpringApplication.run(NatsDemo2Application.class, args);
}
}
@Component
public class Foo{
@NatsSubscribe(“haha”)
public void message(Message message) {
System.out.println(message.getSubject() + " : " + new String(message.getData()));
}
}
NATS Streaming介绍
NATS由于不能保证消息的投递正确性和存在其他的缺点,NATS Streaming就孕育而生.他是一个由NATS提供支持的数据流系统,采用Go语言编写,NATS Streaming与核心NATS平台无缝嵌入，扩展和互操作.除了核心NATS平台的功能外,他还提供了以下功能:
NATS Streaming特征
增强消息协议(Enhanced message protocol)
消息/事件持久化(Message/event persistence)
至少一次数据传输(At-least-once-delivery)
Publisher限速(Publisher rate limiting)
Subscriber速率匹配(Rate matching/limiting per subscriber)
按主题重发消息(Historical message replay by subject)
持续订阅(Durable subscriptions)
基本用法
在使用NATS Streaming之前首先要启动服务器,在这里我选择使用docker容器
4222 client默认连接端口
8222 Web端口
6222 集群通信端口
$ docker run -d -p 4222:4222 -p 8222:8222 -p 6222:6222 nats-streaming
STREAM: Starting nats-streaming-server[test-cluster] version 0.11.0
STREAM: ServerID: bzkKJL3jI4KW9Hqb0bC1Ae
STREAM: Go version: go1.11
Starting nats-server version 1.3.0
Git commit [not set]
Starting http monitor on 0.0.0.0:8222
Listening for client connections on 0.0.0.0:4222
Server is ready
STREAM: Recovering the state…
STREAM: No recovered state
STREAM: Message store is MEMORY
STREAM: ---------- Store Limits ----------
STREAM: Channels: 100 *
STREAM: --------- Channels Limits --------
STREAM: Subscriptions: 1000 *
STREAM: Messages : 1000000 *
STREAM: Bytes : 976.56 MB *
STREAM: Age : unlimited *
STREAM: Inactivity : unlimited *
STREAM: ----------------------------------
java:
// 第一个参数表示clusterId,在启动NATS Streaming容器的时候确定
// 第二个参数表示clientID,连接客户端的唯一标识符
StreamingConnectionFactory cf = new StreamingConnectionFactory
(“test-cluster”, “bar”);
//设置Nats服务器地址和端口,默认是nats://127.0.0.1:4222
cf.setNatsConnection(Nats.connect(“nats://127.0.0.1:4222”));
StreamingConnection sc = cf.createConnection();
Publish: sc.publish(“foo”, “Hello World”.getBytes());
Subscribe:
sc.subscribe(“foo”, msg -> {
System.out.println(new String(msg.getData(), StandardCharsets.UTF_8));
}, new SubscriptionOptions.Builder()
.durableName("aa")
.deliverAllAvailable().build());
在使用NATS Streaming的时候需要注意订阅主题不支持通配符,在订阅消息时传入MessageHandler函数是接口实现和SubscriptionOptions对象.MessageHandler提供消息回调处理, SubscriptionOptions用于设置订阅选项,比如设置Queue, durableName, ack等。
Streaming-Spring集成
作为一款优秀的消息中间件,却没有对Spring做集成,这是非常的可惜的事情.所以为了在工作中方便的使用他,我开发了一个很小的插件.虽然还有很大的改进空间，不过在公司的项目中却能够很好的运行.他开发思路和nats-spring差不多，所以使用方式也是大同小异，具体如下：
{{git clone https://github.com/wanlinus/na … g.git
cd nats-streaming-spring
mvn clean install}}}
cn.wanlinus
nats-streaming-spring
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1.0.0-SNAPSHOT
application.ymlspring:
nats:
streaming:
nats-url: nats://127.0.0.1:4222
cluster-id: test-cluster
@EnableNatsStreaming
@SpringBootApplication
public class StreamingDemoApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(StreamingDemoApplication.class, args);
}
//发布消息只需要注入StreamingConnection
@Autowired
private StreamingConnection sc;
public void sendMsg(){
sc.publish(“foo”, “publish message”.getBytes())
}
}
@Service
public class A {
@Subscribe(value = “foo”, durableName = “dname”, queue = “queue”)
public void asd(Message message) throws IOException {
System.out.println(new String(message.getData(), StandardCharsets.UTF_8));
}
}
两个插件由于是为了结合项目所写的，所以里面有些部分并不通用。后续的开发中我将会继续进行抽象和改进。