微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列

微服务24_服务异步通信04:高可用问题、镜像集群、仲裁队列

  • 前言:消息队列在使用过程中,面临着很多实际问题需要思考:
  • 本文章是:高可用问题
  • 一、集群分类:
  • 二、普通集群
    • 1、特征:
    • 2、部署普通集群
      • 1. 准备三个节点:
      • 2.获取cookie
      • 3.准备集群配置
    • 3、启动集群
    • 4、测试
      • 1.数据共享测试
      • 2.可用性测试
  • 三、镜像集群
    • 1、特征:
    • 2、镜像模式的配置
      • 1.exactly模式
      • 2.all模式
      • 3.nodes模式
    • 3、测试
      • 1.数据共享模式:
      • 2.优点是:高可用
  • 四、仲裁队列
    • 1、集群特征
    • 2、添加仲裁队列
    • 3、Java代码创建仲裁队列
    • 4、SpringAMQP连接MQ集群
  • 五、 集群扩容
    • 1、加入集群
    • 2、增加仲裁队列副本

前言:消息队列在使用过程中,面临着很多实际问题需要思考:

  1. 消息可靠性问题:确保发送的消息至少被消费一次。当发送消息后,MQ一定保证投递到消费者,而且被消费掉。
  2. 延迟消息的问题:实现消息的延迟投递。业务需求,例如BOSS预约腾讯会议,半个小时后通知所有的人。
  3. 消息堆积问题:如何解决数百万消息堆积,无法及时消费的问题。。例如在高并发场景下,消息的发送越来越多,消费者忙不过来。那么MQ能否保存数百万的消息。
  4. 高可用问题:应避免单点的MQ故障,避免不可以问题。单机模式,一旦出现故障,整个服务就不用了。搭建集群、集群同步、集群通信。
    微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第1张图片

第一节:消息可靠性问题
第二节:延迟消息问题
第三节:消息堆积问题
第四节:高可用问题:普通、镜像、仲裁集群

本文章是:高可用问题

一、集群分类:

RabbitMQ的底层是基于Erlang语言编写,而Erlang又是一个面向并发的语言,支持天然集群模式。
RabbitMQ的集群有两种模式:

  1. 普通集群:是一种分布式集群,将队列分散到集群的各个节点,从而提高整个集群的并发能力。
    优点是:不同的节点保存了不同的队列,将请求分散了,提高并发能力
    缺点是:都集群某个节点出现了故障,该集群中的队列、消息全都消失了。所以存在不可用性

  2. 镜像集群:是一种主从集群,普通的集群基础上,添加了主从备份功能,提高集群的数据可用性。
    优点:就算有某个节点出现了故障,那么从节点还是有备份数据。提高了整体可用性
    缺点:镜像集群虽然支持主从(数据要求同步),但主从同步并不是强一致的,某些情况下可能有数据丢失的风险。

因此在Rabbitmq的3.8版本以后推出了新功能:

  1. 仲裁队列
    仲裁队列来代替镜像集群,底层采用Raft协议确保主从的数据一致性

二、普通集群

1、特征:

  1. 会在集群的各个节点间共享部分数据,包括:交换机、队列元信息。不包含队列中的消息。

队列元数据:队列中的描述信息:队列的名字、队列所在的节点、队列中的消息。 在其他节点中相当于是一个引用该队列所在的节点
但是不包含消息的本身。
微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第2张图片

  1. 当访问集群某节点时,如果队列不在该节点,会从数据所在的节点上面,传到访问该节点的节点上,并返回。
  2. 队列所在节点宕机, 队列中的消息就会丢失

2、部署普通集群

1. 准备三个节点:

三个节点理论上是三台机器,准备在docker上面模拟三个节点:

主机名 控制台端口 amqp通信端口
mq1 8081 —> 15672 8071 —> 5672
mq2 8082 —> 15672 8072 —> 5672
mq3 8083 —> 15672 8073 —> 5672

在RabbitMQ当中,集群节点的标识默认是:rabbit@[hostname],因此以上三个节点的名称分别为: hostname =mq1/2/3
rabbit@mq1
rabbit@mq2
rabbit@mq3

节点与节点通过 主机名 来相互访问

控制台端口:因为在一个机器里面,所以分别叫8081/2/3
amqp通信端口:因为在一个机器里面,分别叫:8071/2/3

2.获取cookie

RabbitMQ底层依赖于Erlang,而Erlang虚拟机就是一个面向分布式的语言,默认就支持集群模式。集群模式中的每个RabbitMQ 节点使用 cookie 来确定它们是否被允许相互通信。

要使两个节点能够通信,它们必须具有相同的共享秘密,称为Erlang cookie。cookie 只是一串最多 255 个字符的字母数字字符。

每个集群节点必须具有相同的 cookie。实例之间也需要它来相互通信。

Erlang语言底层在做集群的时候,集群通信必须有一个授权:身份认证。身份认证是通过cookie来认证。 在集群中只有各个节点的cookie都一样,才能相互通信,需要提前准备好,然后共享给每一个节点。从而达到各个节点通信功能。

我们先在之前启动的mq容器中获取一个cookie值,作为集群的cookie。执行下面的命令:

docker exec -it mq cat /var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie

可以看到cookie值如下:

IWZHZVFLDQIFGMBPRFIB

到时候就可以用这个cookie共享三个节点了

接下来,停止并删除当前的mq容器,我们重新搭建集群。

docker rm -f mq

清空数据卷:docker volume prune

3.准备集群配置

在/tmp目录新建一个配置文件 rabbitmq.conf:

cd /tmp
# 创建文件
touch rabbitmq.conf

文件内容如下:

loopback_users.guest = false  # 禁用guest用户,因为rabbit默认的guest用户
listeners.tcp.default = 5672 # 监听的端口,MQ消息通信就是该端口
cluster_formation.peer_discovery_backend = rabbit_peer_discovery_classic_config
cluster_formation.classic_config.nodes.1 = rabbit@mq1  # 集群中的节点信息
cluster_formation.classic_config.nodes.2 = rabbit@mq2
cluster_formation.classic_config.nodes.3 = rabbit@mq3

再创建一个文件,记录cookie

cd /tmp
# 创建cookie文件
touch .erlang.cookie
# 写入cookie
echo "IWZHZVFLDQIFGMBPRFIB" > .erlang.cookie
# 修改cookie文件的权限
chmod 600 .erlang.cookie

微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第3张图片

准备三个目录,mq1、mq2、mq3:

cd /tmp
# 创建目录
mkdir mq1 mq2 mq3

然后拷贝rabbitmq.conf、cookie文件到mq1、mq2、mq3:

# 进入/tmp
cd /tmp
# 拷贝
cp rabbitmq.conf mq1
cp rabbitmq.conf mq2
cp rabbitmq.conf mq3
cp .erlang.cookie mq1
cp .erlang.cookie mq2
cp .erlang.cookie mq3

3、启动集群

创建一个网络: 三个设备可以互连

root@localhost tmp.mq]# docker network create mq-net
82122a9847a40de97e44dea5c46c4c0f58df47f6a3a158604c3168012a91999a

docker volume create

运行命令

docker run -d --net mq-net \   # 加入网络
-v ${PWD}/mq1/rabbitmq.conf:/etc/rabbitmq/rabbitmq.conf \ # 数据卷的挂载
-v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \
-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=itcast \ 
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \
--name mq1 \ # 容器名字
--hostname mq1 \  #  主机名字 和容器名字保持一致。
# 容器互连要用容器名字互连,主机名字又是唯一标识,两者一致的话比较好区分。
-p 8071:5672 \   # 5672 映射到8071
-p 8081:15672 \
rabbitmq:3.8-management 
 
docker run -d --net mq-net \
-v ${PWD}/mq2/rabbitmq.conf:/etc/rabbitmq/rabbitmq.conf \
-v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \
-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=itcast \
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \
--name mq2 \
--hostname mq2 \
-p 8072:5672 \
-p 8082:15672 \
rabbitmq:3.8-management 
docker run -d --net mq-net \
-v ${PWD}/mq3/rabbitmq.conf:/etc/rabbitmq/rabbitmq.conf \
-v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \
-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=itcast \
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \
--name mq3 \
--hostname mq3 \
-p 8073:5672 \
-p 8083:15672 \
rabbitmq:3.8-management 

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4、测试

在mq1这个节点上添加一个队列:
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如图,在mq2和mq3两个控制台也都能看到:
是因为队列的源信息是共享的。
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1.数据共享测试

点击这个队列,进入管理页面:

然后利用控制台发送一条消息到这个队列:

结果在mq2、mq3上都能看到这条消息:
引用消息,但是当取消息的时候,可以从另外一个节点把消息传过来。所以在任意节点都可以看到消息

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2.可用性测试

我们让其中一台节点mq1宕机:

docker stop mq1

如果声明该队列的节点挂掉了,那么该队列是不可以用了,那么其他节点中也看不到消息了。说明:队列是没有实现共享的。说明数据并没有拷贝到mq2和mq3。。
然后登录mq2或mq3的控制台,发现simple.queue也不可用了:
微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第8张图片

三、镜像集群

1、特征:

镜像集群:本质是主从模式,具备下面的特征:

  1. 交换机、队列、队列中的消息会在各个mq的镜像节点之间同步备份。
    相比普通模式,不光可以交换机可以共享,镜像集群模式中:在镜像之前还可以队列和队列消息做共享。
  2. 创建队列的节点被称为该队列的主节点,备份到的其它节点叫做该队列的镜像节点。

主节点和镜像节点可以备份所有

  1. 一个队列的主节点可能是另一个队列的镜像节点

例如:节点1的队列1是主节点,镜像是节点2.
节点3的队列3是主节点,镜像是节点1.
所以:节点1既是主节点,也是镜像。

  1. 所有操作都是主节点完成,然后同步给镜像节点

当某一节点操作了消息,会先告知主节点,主节点会同步所有的节点

  • 主宕机后,镜像节点会替代成新的主

主节点宕机,镜像节点会代替主节点,成为该队列的主节点,并再找一个节点作为镜像,作为备份队列。 当前主节点重启后,该队列与该节点无关系了。


默认情况下,队列只保存在创建该队列的节点上。而镜像模式下,创建队列的节点被称为该队列的主节点,队列还会拷贝到集群中的其它节点,也叫做该队列的镜像节点。
但是,不同队列可以在集群中的任意节点上创建,因此不同队列的主节点可以不同。甚至,一个队列的主节点可能是另一个队列的镜像节点
用户发送给队列的一切请求,例如发送消息、消息回执默认都会在主节点完成,如果是从节点接收到请求,也会路由到主节点去完成。镜像节点仅仅起到备份数据作用
当主节点接收到消费者的ACK时,所有镜像都会删除节点中的数据。

微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第9张图片

2、镜像模式的配置

镜像模式的配置有3种模式:

ha-mode ha-params 效果
准确模式exactly 队列的副本量count 集群中队列副本(主服务器和镜像服务器之和)的数量。count如果为1意味着单个副本:即队列主节点。count值为2表示2个副本:1个队列主和1个队列镜像。换句话说:count = 镜像数量 + 1。如果群集中的节点数少于count,则该队列将镜像到所有节点。如果有集群总数大于count+1,并且包含镜像的节点出现故障,则将在另一个节点上创建一个新的镜像。
all (none) 队列在群集中的所有节点之间进行镜像。队列将镜像到任何新加入的节点。镜像到所有节点将对所有群集节点施加额外的压力,包括网络I / O,磁盘I / O和磁盘空间使用情况。推荐使用exactly,设置副本数为(N / 2 +1)。
nodes node names 指定队列创建到哪些节点,如果指定的节点全部不存在,则会出现异常。如果指定的节点在集群中存在,但是暂时不可用,会创建节点到当前客户端连接到的节点。

这里我们以rabbitmqctl命令作为案例来讲解配置语法。

语法示例:

1.exactly模式

rabbitmqctl set_policy ha-two "^two\." '{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}'
  • rabbitmqctl set_policy:固定写法
  • ha-two:策略名称,自定义
  • "^two\.":匹配队列的正则表达式,符合命名规则的队列才生效,这里是任何以two.开头的队列名称
  • '{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}': 策略内容
    • "ha-mode":"exactly":策略模式,此处是exactly模式,指定副本数量
    • "ha-params":2:策略参数,这里是2,就是副本数量为2,1主1镜像
    • "ha-sync-mode":"automatic":同步策略,默认是manual,即新加入的镜像节点不会同步旧的消息。如果设置为automatic,则新加入的镜像节点会把主节点中所有消息都同步,会带来额外的网络开销

2.all模式

rabbitmqctl set_policy ha-all "^all\." '{"ha-mode":"all"}'
  • ha-all:策略名称,自定义
  • "^all\.":匹配所有以all.开头的队列名
  • '{"ha-mode":"all"}':策略内容
    • "ha-mode":"all":策略模式,此处是all模式,即所有节点都会称为镜像节点

3.nodes模式

rabbitmqctl set_policy ha-nodes "^nodes\." '{"ha-mode":"nodes","ha-params":["rabbit@nodeA", "rabbit@nodeB"]}'
  • rabbitmqctl set_policy:固定写法
  • ha-nodes:策略名称,自定义
  • "^nodes\.":匹配队列的正则表达式,符合命名规则的队列才生效,这里是任何以nodes.开头的队列名称
  • '{"ha-mode":"nodes","ha-params":["rabbit@nodeA", "rabbit@nodeB"]}': 策略内容
    • "ha-mode":"nodes":策略模式,此处是nodes模式
    • "ha-params":["rabbit@mq1", "rabbit@mq2"]:策略参数,这里指定副本所在节点名称

3、测试

我们使用exactly模式的镜像,因为集群节点数量为3,因此镜像数量就设置为2.

运行下面的命令:
进入任意节点的容器的控制台:
docker exec -it mq1 bash

rabbitmqctl set_policy ha-two "^two\." '{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}'

在这里插入图片描述
微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第10张图片

下面,我们创建一个新的队列:
微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第11张图片
微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第12张图片

1.数据共享模式:

给two.queue发送一条消息,然后在mq1、mq2、mq3的任意控制台查看消息。都是可以看到的

2.优点是:高可用

现在,我们让two.queue的主节点mq1宕机:

docker stop mq1

查看队列状态:

重点:和普通集群模式的区别出来了:

  1. 发现该队列依然是健康的!
  2. 并且其主节点切换到了rabbit@mq2上
  3. 然后镜像节点是rabbit@mq3
  4. 重启后的mq1,与该队里既不是镜像也不是主节点了

微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第13张图片

四、仲裁队列

镜像集群的缺点:
镜像队列虽然能做主从,主从同步时,可能有数据丢失的风险,因为并不是强一致的。
但是仲裁队列就能解决该问题。

1、集群特征

仲裁队列:仲裁队列是3.8版本以后才有的新功能,用来替代镜像队列,引入了新的仲裁队列,他具备与镜像队里类似的功能,但使用更加方便。具备下列特征:

  • 与镜像队列一样,都是主从模式,支持主从数据同步
  • 使用非常简单,没有复杂的配置
  • 主从同步基于Raft协议,强一致

2、添加仲裁队列

在任意控制台添加一个队列,一定要选择队列类型为Quorum类型。
微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第14张图片
在任意控制台查看队列:
微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第15张图片
可以看到,仲裁队列的 + 2字样。代表这个队列有2个镜像节点。

因为仲裁队列默认的镜像数为5。如果你的集群有7个节点,那么镜像数肯定是5;而我们集群只有3个节点,因此镜像数量就是3.

3、Java代码创建仲裁队列

其实仲裁队列本身就是一个普通的队列,集群搭建好了以后,只要创建quorum类型的就行了

@Bean
public Queue quorumQueue() {
    return QueueBuilder
        .durable("quorum.queue") // 持久化
        .quorum() // 仲裁队列
        .build();
}

4、SpringAMQP连接MQ集群

注意,这里用address来代替host、port方式

spring:
  rabbitmq:
    addresses: 192.168.150.105:8071, 192.168.150.105:8072, 192.168.150.105:8073
    username: itcast
    password: 123321
    virtual-host: /

可以看到当运行消费者代码时:可以看到仲裁队列已经创建成功了:

在这里插入图片描述
测试:通过队列发送接收消息都是一样的操作。

-- 发送消息:
 @Test
    public void testQuorumQueues(){
        Message message = MessageBuilder
                .withBody("哈喽,quorum能接收到消息吗?".getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
                .setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.PERSISTENT)
                .build();

        rabbitTemplate.convertAndSend("quorum.queue",message);
    }

-- 接收消息:配置类:
@Configuration
public class QuorumConfig {
  @Bean
  public Queue quorumQueue(){
      return QueueBuilder.durable("quorum.Queue2")
              .quorum()
              .build();
  }
}
-- 接收消息 @Component类:
@RabbitListener(queues = "quorum.queue")
public void listenSimpleQueue(String msg) {
    // 此时已经接收到了消息:
    log.debug("消费者接收到simple.queue的消息:【" + msg + "】");
    // 消费消息 :
    log.debug("消息已经消费完成了");
}

五、 集群扩容

1、加入集群

1)启动一个新的MQ容器:

docker run -d --net mq-net \
-v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \
-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=itcast \
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \
--name mq4 \
--hostname mq5 \
-p 8074:15672 \
-p 8084:15672 \
rabbitmq:3.8-management

2)进入容器控制台:

docker exec -it mq4 bash

3)停止mq进程

rabbitmqctl stop_app

4)重置RabbitMQ中的数据:

rabbitmqctl reset

5)加入mq1:

rabbitmqctl join_cluster rabbit@mq1

6)再次启动mq进程

rabbitmqctl start_app

微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第16张图片

2、增加仲裁队列副本

我们先查看下quorum.queue这个队列目前的副本情况,进入mq1容器:

docker exec -it mq1 bash

执行命令:

rabbitmq-queues quorum_status "quorum.queue"

结果:
微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第17张图片
现在,我们让mq4也加入进来:

rabbitmq-queues add_member "quorum.queue" "rabbit@mq4"

结果:
在这里插入图片描述
再次查看:

rabbitmq-queues quorum_status "quorum.queue"

微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第18张图片
查看控制台,发现quorum.queue的镜像数量也从原来的 +2 变成了 +3:
微服务24_服务异步通信04:RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列_第19张图片

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