服务异步通讯——RabbitMQ

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本博客是基于观看b站里黑马程序员Java微服务架构视频做的一个学习记录，存有不足的地方，敬请见谅。

同步异步通讯

微服务间通讯有同步和异步两种方式

• 同步通讯：就像打电话，需要实时响应。

• 异步通讯：就像发邮件，不需要马上回复。

两种方式各有优劣，打电话可以立即得到响应，但是你却不能跟多个人同时通话。发送邮件可以同时与多个人收发邮件，但是往往响应会有延迟。

我们之前学习的 Feign 调用就属于同步方式，虽然调用可以实时得到结果，但存在下面的问题：

同步调用的优点：

• 时效性较强，可以立即得到结果

同步调用的缺点：

• 耦合度高
• 性能和吞吐能力下降
• 有额外的资源消耗
• 有级联失败问题

异步调用则可以避免上述问题，我们以购买商品为例，用户支付后需要调用订单服务完成订单状态修改，调用物流服务，从仓库分配响应的库存并准备发货。在事件模式中，支付服务是事件发布者（publisher），在支付完成后只需要发布一个支付成功的事件（event），事件中带上订单id。订单服务和物流服务是事件订阅者（Consumer），订阅支付成功的事件，监听到事件后完成自己业务即可。

为了解除事件发布者与订阅者之间的耦合，两者并不是直接通信，而是有一个中间人（Broker）。发布者发布事件到Broker，不关心谁来订阅事件。订阅者从Broker订阅事件，不关心谁发来的消息。

Broker是一个像数据总线一样的东西，所有的服务要接收数据和发送数据都发到这个总线上，这个总线就像协议一样，让服务间的通讯变得标准和可控。

异步调用好处：

• 吞吐量提升：无需等待订阅者处理完成，响应更快速
• 故障隔离：服务没有直接调用，不存在级联失败问题
• 调用间没有阻塞，不会造成无效的资源占用
• 耦合度极低，每个服务都可以灵活插拔，可替换
• 流量削峰：不管发布事件的流量波动多大，都由 Broker接收，订阅者可以按照自己的速度去处理事件

异步调用缺点：

• 架构复杂了，业务没有明显的流程线，不好管理
• 需要依赖于 Broker 的可靠、安全、性能

MQ消息队列

MQ，中文是消息队列（MessageQueue），字面来看就是存放消息的队列，也就是事件驱动架构中的 Broker

比较常见的 MQ 实现：

• ActiveMQ
• RabbitMQ
• RocketMQ
• Kafka

几种常见MQ的对比：

RabbitMQ是基于Erlang语言开发的开源消息通信中间件，官网地址：https://www.rabbitmq.com/

以 RabbitMQ 为例，我们在 Centos7 虚拟机中使用 Docker 来安装

在线拉取镜像

docker pull rabbitmq:3-management

执行下面的命令来运行MQ容器

docker run \
 -e RABBITMQ_DEFAULT_USER=admin \
 -e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123456 \
 --name mq \
 --hostname mq1 \
 -p 15672:15672 \
 -p 5672:5672 \
 -d \
 rabbitmq:3-management

启动成功后访问地址：http://192.168.211.128:15672

RabbitMQ 中的一些角色

• publisher：生产者
• consumer：消费者
• channel：操作MQ的工具
• exchange：交换机，负责消息路由【路由消息到队列中】
• queue：队列，存储消息
• virtualHost：虚拟主机，隔离不同租户的 exchange、queue、消息的隔离

MQ 的基本结构

入门案例

常见消息模型

Hello World 模型

• 官方的HelloWorld是基于最基础的消息队列模型来实现的，只包括三个角色：
  

• publisher：消息发布者，将消息发送到队列queue

• queue：消息队列，负责接受并缓存消息

• consumer：订阅队列，处理队列中的消息

publisher实现

• 建立连接
• 创建 channel
• 声明队列
• 发送消息
• 关闭连接和 channel

public class PublisherTest {
    @Test
    public void testSendMessage() throws IOException, TimeoutException {
        // 1.建立连接
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
        // 1.1.设置连接参数，分别是：主机名、端口号、vhost、用户名、密码
        factory.setHost("192.168.202.128");
        factory.setPort(5672);
        factory.setVirtualHost("/");
        factory.setUsername("admin");
        factory.setPassword("123456");
        // 1.2.建立连接
        Connection connection = factory.newConnection();
        // 2.创建通道Channel
        Channel channel = connection.createChannel();
        // 3.创建队列
        String queueName = "simple.queue";
        channel.queueDeclare(queueName, false, false, false, null);
        // 4.发送消息
        String message = "Hello RabbitMQ！";
        channel.basicPublish("", queueName, null, message.getBytes());
        System.out.println("发送消息成功：[" + message + "]");
        // 5.关闭通道和连接
        channel.close();
        connection.close();
    }
}

consumer实现

• 建立连接
• 创建 channel
• 声明队列
• 订阅消息

public class ConsumerTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException, TimeoutException {
        // 1.建立连接
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
        // 1.1.设置连接参数，分别是：主机名、端口号、vhost、用户名、密码
        factory.setHost("192.168.211.128");
        factory.setPort(5672);
        factory.setVirtualHost("/");
        factory.setUsername("admin");
        factory.setPassword("123456");
        // 1.2.建立连接
        Connection connection = factory.newConnection();
        // 2.创建通道Channel
        Channel channel = connection.createChannel();
        // 3.创建队列
        String queueName = "simple.queue";
        channel.queueDeclare(queueName, false, false, false, null);
        // 4.订阅消息
        channel.basicConsume(queueName, true, new DefaultConsumer(channel) {
            @Override
            public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope,
                                       AMQP.BasicProperties properties, byte[] body) {
                // 5.处理消息
                String message = new String(body);
                System.out.println("接收到消息：[" + message + "]");
            }
        });
        System.out.println("等待接收消息中");
    }
}

基本消息队列的消息发送流程：

• 建立connection
• 创建channel
• 利用channel声明队列
• 利用channel向队列发送消息

基本消息队列的消息接收流程：

• 建立connection
• 创建channel
• 利用channel声明队列
• 定义consumer的消费行为handleDelivery()
• 利用channel将消费者与队列绑定

SpringAMQP

SpringAMQP 是基于 RabbitMQ 封装的一套模板，并且还利用 SpringBoot 对其实现了自动装配，使用起来非常方便。

SpringAMQP 的官方地址：https://spring.io/projects/spring-amqp

SpringAMQP 提供了三个功能：

• 自动声明队列、交换机及其绑定关系
• 基于注解的监听器模式，异步接收消息
• 封装了 RabbitTemplate 工具，用于发送消息

案例：利用SpringAMQP实现HelloWorld中的基础消息队列功能
流程如下：

1. 在父工程中引入spring-amqp的依赖
2. 在publisher服务中利用RabbitTemplate发送消息到simple.queue这个队列
3. 在consumer服务中编写消费逻辑，绑定simple.queue这个队列

步骤1：引入AMQP依赖
因为publisher和consumer服务都需要amqp依赖，因此这里把依赖直接放到父工程mq-demo中：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.bootgroupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-amqpartifactId>
dependency>

步骤2：在publisher中编写测试方法，向simple.queue发送消息

1. 在publisher服务中编写application.yml，添加mq连接信息：

spring:
  rabbitmq:
    host: 192.168.150.101 # 主机名
    port: 5672 # 端口
    virtual-host: / # 虚拟主机
    username: admin # 用户名
    password: 123456 # 密码

2. 在publisher服务中新建一个测试类，编写测试方法：

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class SpringAmqpTest {
    @Autowired
    private RabbitTemplate rabbitTemplate;
    @Test
    public void testSimpleQueue() {
        // 队列名称
        String queueName = "simple.queue";
        // 消息
        String message = "你好啊，spring amqp！";
        // 发送消息
        rabbitTemplate.convertAndSend(queueName, message);
    }
}

步骤3：在consumer中编写消费逻辑，监听simple.queue

1. 在consumer服务中编写application.yml，添加mq连接信息：

spring:
  rabbitmq:
    host: 192.168.150.101 # 主机名
    port: 5672 # 端口
    virtual-host: / # 虚拟主机
    username: admin # 用户名
    password: 123456 # 密码

2. 在consumer服务中新建一个类，编写消费逻辑：

@Component
public class RabbitMQListener {
    @RabbitListener(queues = "simple.queue")
    public void listenSimpleQueueMessage(String msg) throws InterruptedException {
        System.out.println("消费者接收到消息：【" + msg + "】");
    }
}

小结

• AMQP是应用间消息通信的一种协议，与语言和平台无关。

• SpringAMQP如何发送消息：

  • 引入amqp的starter依赖
  • 配置RabbitMQ地址
  • 利用RabbitTemplate的convertAndSend方法

• SpringAMQP如何接收消息：

  • 引入amqp的starter依赖
  • 配置RabbitMQ地址
  • 定义类，添加@Component注解
  • 类中声明方法，添加@RabbitListener注解，方法参数就时消息

• 注意：消息一旦消费就会从队列删除，RabbitMQ没有消息回溯功能

Work Queue 工作队列

Work queues，也被称为（Task queues），任务模型。简单来说就是让多个消费者绑定到一个队列，共同消费队列中的消息。

当消息处理比较耗时的时候，可能生产消息的速度会远远大于消息的消费速度。长此以往，消息就会堆积越来越多，无法及时处理。

此时就可以使用 work 模型，多个消费者共同处理消息处理，速度就能大大提高了。

我们循环发送，模拟大量消息堆积现象，在 publisher 服务中的 SpringAmqpTest 类中添加一个测试方法：

/**
 * workQueue
 * 向队列中不停发送消息，模拟消息堆积。
 */
@Test
public void testWorkQueue() throws InterruptedException {
    // 队列名称
    String queueName = "simple.queue";
    // 消息
    String message = "hello, message_";
    for (int i = 0; i < 50; i++) {
        // 发送消息
        rabbitTemplate.convertAndSend(queueName, message + i);
        Thread.sleep(20);
    }
}

消息接收
要模拟多个消费者绑定同一个队列，我们在 consumer 服务的 RabbitMQListener 中添加2个新的方法：

@RabbitListener(queues = "simple.queue")
public void listenWorkQueue1(String msg) throws InterruptedException {
    System.out.println("消费者1接收到消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
    Thread.sleep(20);
}

@RabbitListener(queues = "simple.queue")
public void listenWorkQueue2(String msg) throws InterruptedException {
    System.err.println("消费者2........接收到消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
    Thread.sleep(200);
}

启动 ConsumerApplication 后，在执行 publisher 服务中刚刚编写的发送测试方法 testWorkQueue

可以看到消费者1很快完成了自己的25条消息。消费者2却在缓慢的处理自己的25条消息。

也就是说消息是平均分配给每个消费者，并没有考虑到消费者的处理能力。这是因为 RabbitMQ 默认有一个消息预取机制，显然这不是我们想要的结果，我们需要的是能者多劳嘛，所以去限制每次只能取一条消息，可以解决这个问题。

在 spring 中有一个简单的配置，设置 prefetch 属性，我们修改 consumer 服务的 application.yml 文件，添加配置

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        prefetch: 1 # 每次只能获取一条消息，处理完成才能获取下一个消息

Work模型的使用：

• 多个消费者绑定到一个队列，同一条消息只会被一个消费者处理
• 通过设置prefetch来控制消费者预取的消息数量

发布/订阅

图中可以看到，在订阅模型中，多了一个 exchange 角色，而且过程略有变化

• Publisher：生产者，也就是要发送消息的程序，但是不再发送到队列中，而是发给 exchange（交换机）

• Consumer：消费者，与以前一样，订阅队列，没有变化

• Queue：消息队列也与以前一样，接收消息、缓存消息

• Exchange：交换机，一方面，接收生产者发送的消息；另一方面，知道如何处理消息，例如递交给某个特别队列、递交给所有队列、或是将消息丢弃。到底如何操作，取决于 Exchange 的类型。Exchange 有以下3种类型：

  • Fanout：广播，将消息交给所有绑定到交换机的队列
  • Direct：定向，把消息交给符合指定 routing key 的队列
  • Topic：通配符，把消息交给符合 routing pattern（路由模式） 的队列

Exchange（交换机）只负责转发消息，不具备存储消息的能力，因此如果没有任何队列与 Exchange 绑定，或者没有符合路由规则的队列，那么消息会丢失！

Fanout

Fanout，英文翻译是扇出，在 MQ 中我们也可以称为广播。Fanout Exchange 会将接收到的消息广播到每一个跟其绑定的queue

在广播模式下，消息发送流程是这样的：

• 可以有多个队列
• 每个队列都要绑定到 Exchange（交换机）
• 生产者发送的消息，只能发送到交换机，交换机来决定要发给哪个队列，生产者无法决定
• 交换机把消息发送给绑定过的所有队列
• 订阅队列的消费者都能拿到消息

接下里我们用 SpringAMQP 来简单实现 FanoutExchange

1. 在 consumer 服务中，利用代码声明队列、交换机，并将两者绑定
2. 在 consumer 服务中，编写两个消费者方法，分别监听 fanout.queue1 和 fanout.queue2
3. 在 publisher 中编写测试方法，向 fanout发送消息

声明队列和交换机

Spring 提供了一个接口 Exchange，来表示所有不同类型的交换机。

在 consumer 中创建一个类，声明队列、交换机、绑定对象 Binding

@Configuration
public class FanoutConfig {

    /**
     * 声明交换机
     * @return Fanout类型交换机
     */
    @Bean
    public FanoutExchange fanoutExchange(){
        return new FanoutExchange("xn2001.fanout");
    }

    /**
     * 声明队列
     * @return Queue
     */
    @Bean
    public Queue fanoutQueue1(){
        return new Queue("fanout.queue1");
    }
    @Bean
    public Queue fanoutQueue2(){
        return new Queue("fanout.queue2");
    }

    /**
     * 绑定队列和交换机
     */
    @Bean
    public Binding bindingQueue1(FanoutExchange fanoutExchange,Queue fanoutQueue1){
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue1).to(fanoutExchange);
    }
    @Bean
    public Binding bindingQueue2(FanoutExchange fanoutExchange,Queue fanoutQueue2){
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue2).to(fanoutExchange);
    }

}

通过这样 @Bean 的方式来申明确实比较麻烦，其实我们也是可以直接通过 @RabbitListener 注解来完成的，代码如下：

在 consumer 服务的 SpringRabbitListener 中添加三个方法，作为消费者

@RabbitListener(queues = "fanout.queue1")
public void listenFanoutQueue1(String msg) throws InterruptedException {
    System.out.println("接收到fanout.queue1的消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
}

@RabbitListener(queues = "fanout.queue2")
public void listenFanoutQueue2(String msg) throws InterruptedException {
    System.err.println("接收到fanout.queue2的消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
}

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(value = "fanout.queue3"),
    exchange = @Exchange(value = "xn2001.fanout",type = "fanout")
))
public void listenFanoutQueue3(String msg) {
    System.out.println("接收到fanout.queue3的消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
}

在 publisher 服务的 SpringAmqpTest 类中添加测试方法

/**
 * fanout
 * 向交换机发送消息
 */
@Test
public void testFanoutExchange() {
    // 交换机名称
    String exchangeName = "xn2001.fanout";
    // 消息
    String message = "hello, everybody!";
     // 发送消息，参数分别是：交互机名称、RoutingKey（暂时为空）、消息 
    rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "", message);
}

运行该方法，可以发现 fanout.queue1、fanout.queue2 都收到了交换机的消息。

小结

交换机的作用是什么？

• 接收publisher发送的消息
• 将消息按照规则路由到与之绑定的队列
• 不能缓存消息，路由失败，消息丢失
• FanoutExchange的会将消息路由到每个绑定的队列

声明队列、交换机、绑定关系的Bean是什么？

• Queue
• FanoutExchange
• Binding

Direct

• 在 Fanout 模式中，一条消息，会被所有订阅的队列都消费。但是，在某些场景下，我们希望不同的消息被不同的队列消费。这时就要用到 DirectExchange

• Direct Exchange 会将接收到的消息根据规则路由到指定的Queue，因此称为路由模式（routes）。

  • 每一个Queue都与Exchange设置一个BindingKey
  • 发布者发送消息时，指定消息的RoutingKey
  • Exchange将消息路由到BindingKey与消息RoutingKey一致的队列
    

在 Direct 模型下：

• 队列与交换机的绑定，不能是任意绑定了，而是要指定一个RoutingKey（路由key）
• 消息的发送方向 Exchange发送消息时，也必须指定消息的 RoutingKey。
• Exchange 不再把消息交给每一个绑定的队列，而是根据消息的Routing Key进行判断，只有队列的Routingkey 与消息的 Routing key完全一致，才会接收到消息

在 consumer 的 SpringRabbitListener 中添加两个消费者，同时基于注解来声明队列和交换机

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(value = "direct.queue1"),
    exchange = @Exchange(value = "xn2001.direct"),
    key = {"a","b"}
))
public void listenDirectQueue1(String msg){
    System.out.println("接收到direct.queue1的消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
}

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(value = "direct.queue2"),
    exchange = @Exchange(value = "xn2001.direct"),
    key = {"a","c"}
))
public void listenDirectQueue2(String msg){
    System.out.println("接收到direct.queue2的消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
}

在 publisher 服务的 SpringAmqpTest 类中添加测试方法

/**
 * direct
 * 向交换机发送消息
 */
@Test
public void testDirectExchangeToA() {
    // 交换机名称
    String exchangeName = "xn2001.direct";
    // 消息
    String message = "hello, i am direct to a!";
    rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "a", message);
}

/**
 * direct
 * 向交换机发送消息
 */
@Test
public void testDirectExchangeToB() {
    // 交换机名称
    String exchangeName = "xn2001.direct";
    // 消息
    String message = "hello, i am direct to b!";
    // 发送消息，参数依次为：交换机名称，RoutingKey，消息
    rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "b", message);
}

小结

描述下Direct交换机与Fanout交换机的差异？

• Fanout交换机将消息路由给每一个与之绑定的队列
• Direct交换机根据RoutingKey判断路由给哪个队列
• 如果多个队列具有相同的RoutingKey，则与Fanout功能类似

基于@RabbitListener注解声明队列和交换机有哪些常见注解？

• @Queue
• @Exchange

Topic

Topic与 Direct相比，都是可以根据RoutingKey把消息路由到不同的队列。只不过Topic 类型可以让队列在绑定Routing key 的时候使用通配符！

通配符规则：

• #：匹配一个或多个词

• *：只能匹配一个词

例如：

• item.#：能够匹配item.spu.insert 或者 item.spu

• item.*：只能匹配item.spu
  

• Queue1：绑定的是 china.# ，因此凡是以 china. 开头的 routing key 都会被匹配到。包括 china.news 和 china.weather
• Queue2：绑定的是 #.news ，因此凡是以 .news 结尾的 routing key 都会被匹配。包括 china.news 和 japan.news

案例：利用SpringAMQP演示TopicExchange的使用
实现思路如下：

1. 并利用@RabbitListener声明Exchange、Queue、RoutingKey
2. 在consumer服务中，编写两个消费者方法，分别监听topic.queue1和topic.queue2
3. 在publisher中编写测试方法，向itcast. topic发送消息
   

步骤1：在consumer服务声明Exchange、Queue

1. 在consumer服务中，编写两个消费者方法，分别监听topic.queue1和topic.queue2，
2. 并利用@RabbitListener声明Exchange、Queue、RoutingKey

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(value = "topic.queue1"),
    exchange = @Exchange(value = "xn2001.topic",type = ExchangeTypes.TOPIC),
    key = {"china.#"}
))
public void listenTopicQueue1(String msg){
    System.out.println("接收到topic.queue1的消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
}

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(value = "topic.queue2"),
    exchange = @Exchange(value = "xn2001.topic",type = ExchangeTypes.TOPIC),
    key = {"china.*"}
))
public void listenTopicQueue2(String msg){
    System.out.println("接收到topic.queue2的消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
}

步骤2：在publisher服务发送消息到TopicExchange
在publisher服务的SpringAmqpTest类中添加测试方法：

/**
 * topic
 * 向交换机发送消息
 */
@Test
public void testTopicExchange() {
    // 交换机名称
    String exchangeName = "xn2001.topic";
    // 消息
    String message1 = "hello, i am topic form china.news";
    String message2 = "hello, i am topic form china.news.2";
    rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "china.news", message1);
    rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "china.news.2", message2);
}

小结

描述下Direct交换机与Topic交换机的差异？

• Topic交换机接收的消息RoutingKey必须是多个单词，以 . 分割
• Topic交换机与队列绑定时的bindingKey可以指定通配符
  #：代表0个或多个词
  *：代表1个词

消息转换器

案例：测试发送Object类型消息

• 说明：在SpringAMQP的发送方法中，接收消息的类型是Object，也就是说我们可以发送任意对象类型的消息，SpringAMQP会帮我们序列化为字节后发送。
• Spring 会把你发送的消息序列化为字节发送给 MQ，接收消息的时候，还会把字节反序列化为 Java 对象。
  默认情况下 Spring 采用的序列化方式是 JDK 序列化。

我们在consumer中利用@Bean声明一个队列：

@Bean
public Queue objectMessageQueue(){
    return new Queue("object.queue");
    }

在publisher中发送消息以测试：

@Test
public void testSendMap() throws InterruptedException {
    // 准备消息
    Map<String,Object> msg = new HashMap<>();
    msg.put("name", "Jack");
    msg.put("age", 21);
    // 发送消息
    rabbitTemplate.convertAndSend("object.queue", msg);
}

Spring的对消息对象的处理是由org.springframework.amqp.support.converter.MessageConverter来处理的。而默认实现是SimpleMessageConverter，基于JDK的ObjectOutputStream完成序列化。
如果要修改只需要定义一个MessageConverter 类型的Bean即可。推荐用JSON方式序列化，步骤如下：

• 我们在publisher服务引入依赖:

<dependency>
    <groupId>com.fasterxml.jackson.coregroupId>
    <artifactId>jackson-databindartifactId>
dependency>

• 我们在publisher服务声明MessageConverter:

@Bean
public MessageConverter jsonMessageConverter(){
    return new Jackson2JsonMessageConverter(); 
    }

• 我们在consumer服务引入Jackson依赖：

<dependency>
    <groupId>com.fasterxml.jackson.dataformatgroupId>
    <artifactId>jackson-dataformat-xmlartifactId>
    <version>2.9.10version>
dependency>

• 我们在consumer服务定义MessageConverter：

@Bean
public MessageConverter jsonMessageConverter(){
    return new Jackson2JsonMessageConverter();
}

• 然后定义一个消费者，监听object.queue队列并消费消息：

@RabbitListener(queuesToDeclare = @Queue(value = "object.queue"))
public void listenObjectQueue(Map<String,Object> msg) {
    System.err.println("object接收到消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
    Thread.sleep(200);
}

小结

SpringAMQP中消息的序列化和反序列化是怎么实现的？

• 利用MessageConverter实现的，默认是JDK的序列化
• 注意发送方与接收方必须使用相同的MessageConverter