RabbitMQ-详细讲解原理到使用

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  • 1.初识MQ
    • 1.1.同步和异步通讯
    • 1.1.1.同步通讯
    • 1.1.2.异步通讯
    • 1.2.技术对比:
  • 2.快速入门
    • 2.1.安装RabbitMQ
      • 1.单机部署
      • 1.1.下载镜像
      • 1.2.安装MQ
    • 2.2.RabbitMQ消息模型
    • 2.3.创建一个Demo工程
    • 2.4.入门案例
    • 2.4.1.publisher实现
    • 2.4.2.consumer实现
    • 2.5.总结
  • 3.SpringAMQP
    • 3.1.Basic Queue 简单队列模型
      • 3.1.1.消息发送
    • 3.1.2.消息接收
      • 3.1.3.测试
    • 3.2.WorkQueue
    • 3.2.1.消息发送
    • 3.2.2.消息接收
    • 3.2.3.测试
    • 3.2.4.能者多劳
    • 3.2.5.总结
    • 3.3.发布/订阅

1.初识MQ


1.1.同步和异步通讯

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。
RabbitMQ-详细讲解原理到使用_第1张图片两种方式各有优劣,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。


1.1.1.同步通讯

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:
RabbitMQ-详细讲解原理到使用_第2张图片
总结:

同步调用的优点:

  • 时效性较强,可以立即得到结果

同步调用的问题:

  • 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

1.1.2.异步通讯

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。
    在这里插入图片描述
    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。

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

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

好在现在开源软件或云平台上 Broker 的软件是非常成熟的,比较常见的一种就是我们今天要学习的MQ技术。


1.2.技术对比:

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 ActiveMQ RocketMQ Kafka
公司/社区 Rabbit Apache 阿里 Apache
开发语言 Erlang Java Java Scala&Java
协议支持 AMQP,XMPP,SMTP,STOMP OpenWire,STOMP,REST,XMPP,AMQP 自定义协议 自定义协议
可用性 一般
单机吞吐量 一般 非常高
消息延迟 微秒级 毫秒级 毫秒级 毫秒以内
消息可靠性 一般 一般

追求可用性:Kafka、 RocketMQ 、RabbitMQ

追求可靠性:RabbitMQ、RocketMQ

追求吞吐能力:RocketMQ、Kafka

追求消息低延迟:RabbitMQ、Kafka


2.快速入门


2.1.安装RabbitMQ

安装RabbitMQ

1.单机部署

我们在Centos7虚拟机中使用Docker来安装。

1.1.下载镜像

方式一:在线拉取

docker pull rabbitmq:3.8-management

方式二:从本地加载

上传到虚拟机中后,使用命令加载镜像即可:

docker load -i mq.tar

1.2.安装MQ

执行下面的命令来运行MQ容器:

docker run \
 -e RABBITMQ_DEFAULT_USER=用户名\   
 -e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=密码\
 -v mq-plugins:/plugins \
 --name mq \
 --hostname mq \
 -p 15672:15672 \
 -p 5672:5672 \
 -d \
 rabbitmq:3.8-management

在这里插入图片描述

MQ运行起来 http://虚拟机ip:15672
RabbitMQ-详细讲解原理到使用_第3张图片
RabbitMQ-详细讲解原理到使用_第4张图片
RabbitMQ中的一些角色:

  • publisher:生产者
  • consumer:消费者
  • exchange个:交换机,负责消息路由
  • 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:
RabbitMQ-详细讲解原理到使用_第5张图片


2.2.RabbitMQ消息模型

RabbitMQ官方提供了5个不同的Demo示例,对应了不同的消息模型:
RabbitMQ-详细讲解原理到使用_第6张图片


2.3.创建一个Demo工程

RabbitMQ-详细讲解原理到使用_第7张图片
包括三部分:

  • mq-demo:父工程,管理项目依赖
  • publisher:消息的发送者
  • consumer:消息的消费者

mq-demo
pom.xml

 <parent>
        <groupId>org.springframework.bootgroupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parentartifactId>
        <version>2.3.9.RELEASEversion>
        <relativePath/>
    parent>

    <properties>
        <maven.compiler.source>8maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>8maven.compiler.target>
    properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombokgroupId>
            <artifactId>lombokartifactId>
        dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-amqpartifactId>
        dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-testartifactId>
        dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.fasterxml.jackson.coregroupId>
            <artifactId>jackson-databindartifactId>
        dependency>
    dependencies>

2.4.入门案例

简单队列模式的模型图:
在这里插入图片描述
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

2.4.1.publisher实现

思路:

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

代码实现:

package cn.itcast.mq.helloworld;

import com.rabbitmq.client.Channel;
import com.rabbitmq.client.Connection;
import com.rabbitmq.client.ConnectionFactory;
import org.junit.Test;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

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("192.168.150.101");  //更改成自己主机ip地址
        factory.setPort(5672);
        factory.setVirtualHost("/");
        factory.setUsername("root");
        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();

    }
}

2.4.2.consumer实现

代码思路:

  • 建立连接
  • 创建Channel
  • 声明队列
  • 订阅消息

代码实现:

package cn.itcast.mq.helloworld;

import com.rabbitmq.client.*;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

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("192.168.150.101");  //更改成自己主机ip地址
        factory.setPort(5672);
        factory.setVirtualHost("/");
        factory.setUsername("root");
        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) throws IOException {
                // 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。。。。");
    }
}

2.5.总结

基本消息队列的消息发送流程:

  1. 建立connection
  2. 创建channel
  3. 利用channel声明队列
  4. 利用channel向队列发送消息

基本消息队列的消息接收流程:

  1. 建立connection
  2. 创建channel
  3. 利用channel声明队列
  4. 定义consumer的消费行为handleDelivery()
  5. 利用channel将消费者与队列绑定

3.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
RabbitMQ-详细讲解原理到使用_第8张图片RabbitMQ-详细讲解原理到使用_第9张图片
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

3.1.Basic Queue 简单队列模型

在父工程mq-demo中引入依赖


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

3.1.1.消息发送

首先配置MQ地址,在publisher服务的application.yml中添加配置:

spring:
  rabbitmq:
    host: 主机的ip地址 # 主机名
    port: 5672 # 端口
    virtual-host: / # 虚拟主机
    username: root # 用户名
    password: 123456 # 密码

然后在publisher服务中编写测试类SpringAmqpTest,并利用RabbitTemplate实现消息发送:

package cn.itcast.mq.spring;

import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.amqp.rabbit.core.RabbitTemplate;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringRunner;

@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 = "hello, spring amqp!";
        // 发送消息
        rabbitTemplate.convertAndSend(queueName, message);
    }
}

3.1.2.消息接收

首先配置MQ地址,在consumer服务的application.yml中添加配置:

spring:
  rabbitmq:
    host: 主机的ip地址 # 主机名
    port: 5672 # 端口
    virtual-host: / # 虚拟主机
    username: root# 用户名
    password: 123456# 密码

然后在consumer服务的cn.itcast.mq.listener包中新建一个类SpringRabbitListener,代码如下:

package cn.itcast.mq.listener;

import org.springframework.amqp.rabbit.annotation.RabbitListener;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class SpringRabbitListener {

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

3.1.3.测试

启动consumer服务,然后在publisher服务中运行测试代码,发送MQ消息


3.2.WorkQueue

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

RabbitMQ-详细讲解原理到使用_第10张图片

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。


3.2.1.消息发送

这次我们循环发送,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);
    }
}

3.2.2.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SpringRabbitListener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);
}

注意到这个消费者sleep了1000秒,模拟任务耗时。


3.2.3.测试

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。这样显然是有问题的。


3.2.4.能者多劳

在spring中有一个简单的配置,可以解决这个问题。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

3.2.5.总结

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

3.3.发布/订阅

发布订阅的模型如图:

RabbitMQ-详细讲解原理到使用_第11张图片

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X(交换机)
  • Exchange:交换机,图中的X。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
  • 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)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!

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