分布式消息队列RocketMQ(二)：RocketMQ的安装启动&基本概念&系统架构

一、基本概念

官网地址: http://rocketmq.apache.org

1 消息(Message)

消息是指，消息系统所传输信息的物理载体，生产和消费数据的最小单位，每条消息必须属于一个主题。

2 主题(Topic)

Topic表示一类消息的集合，每个主题包含若干条消息，每条消息只能属于一个主题，是RocketMQ进行消息订阅的基本单位。 topic:message 1:n message:topic 1:1
一个生产者可以同时发送多种Topic的消息;而一个消费者只对某种特定的Topic感兴趣，即只可以订阅和消费一种Topic的消息。 producer:topic 1:n consumer:topic 1:1

3 标签(Tag)

为消息设置的标签，用于同一主题下区分不同类型的消息。
来自同一业务单元的消息，可以根据不同业务目的在同一主题下设置不同标签。
标签能够有效地保持代码的清晰度和连贯性，并优化RocketMQ提供的查询系统。
消费者可以根据Tag实现对不同子主题的不同消费逻辑，实现更好的扩展性。

Topic是消息的一级分类，Tag是消息的二级分类。 
例如：
Topic:货物  tag=上海 tag=江苏 tag=浙江
------- 消费者 ----- 
topic=货物 tag = 上海 
topic=货物 tag = 上海|浙江 
topic=货物 tag = *

4 队列(Queue)

存储消息的物理实体。
一个Topic中可以包含多个Queue，每个Queue中存放的就是该Topic的消息。
一个Topic的Queue也被称为一个Topic中消息的分区(Partition)。
一个Topic的Queue中的消息只能被一个消费者组中的一个消费者消费。
一个Queue中的消息不允许同一个消费者组中的多个消费者同时消费。

在学习参考其它相关资料时，还会看到一个概念:分片(Sharding)。分片不同于分区。在RocketMQ 中，分片指的是存放相应Topic的Broker。每个分片中会创建出相应数量的分区，即Queue，每个 Queue的大小都是相同的。

5 消息标识(MessageId/Key)

RocketMQ中每个消息拥有唯一的MessageId，且可以携带具有业务标识的Key，以方便对消息的查询。
不过需要注意的是，MessageId有两个:在生产者send()消息时会自动生成一个MessageId(msgId)， 当消息到达Broker后，Broker也会自动生成一个MessageId(offsetMsgId)。msgId、offsetMsgId与key都称为消息标识。

	msgId:由producer端生成，其生成规则为:
	producerIp + 进程pid + MessageClientIDSetter类的ClassLoader的hashCode +
	当前时间 + AutomicInteger自增计数器 
	
	offsetMsgId:由broker端生成，其生成规则为:
	brokerIp + 物理分区的offset(Queue中的偏移量)
	
	key:由用户指定的业务相关的唯一标识

二、系统架构

RocketMQ架构上主要分为四部分构成:

1 Producer 生产者

消息生产者，负责生产消息。
Producer通过MQ的负载均衡模块选择相应的Broker集群队列进行消息投递，投递的过程支持快速失败并且低延迟。

例如：业务系统产生的日志写入到MQ的过程，就是消息生产的过程。
再如，电商平台中用户提交的秒杀请求写入到MQ的过程，就是消息的生产过程。

RocketMQ中的消息生产者都是以生产者组(Producer Group)的形式出现的。
生产者组是同一类生产者的集合，这类Producer发送相同Topic类型的消息。
一个生产者组可以同时发送多个主题的消息。

2 Consumer 消费者

消息消费者，负责消费消息。
一个消息消费者会从Broker服务器中获取到消息，并对消息进行相关业务处理。

例如：QoS系统从MQ中读取日志，并对日志进行解析处理的过程就是消息消费的过程。
再如，电商平台的业务从MQ中读取到秒杀请求，并对请求进行处理的过程就是消息消费的过程。

RocketMQ中的消息消费者都是以消费者组(Consumer Group)的形式出现的。
消费者组是同一类消费者的集合，这类Consumer消费的是同一个Topic类型的消息。
消费者组使得在消息消费方面，实现负载均衡 (将一个Topic中的不同的Queue平均分配给同一个Consumer Group的不同的Consumer，注意，并不是将消息负载均衡)和 容错 (一个Consmer挂了，该Consumer Group中的其它Consumer可以接着消费原Consumer消费的Queue)的目标变得非常容易。

消费者组中Consumer的数量应该小于等于订阅Topic的Queue数量。如果超出Queue数量，则多出的 Consumer将不能消费消息。

不过，一个Topic类型的消息可以被多个消费者组同时消费。

注意：
1）消费者组只能消息一个Topic的消息，不能同时消费多个Topic消息
2）一个消费者组中的消费者必须订阅完全相同的Topic

3 Name Server

功能介绍

NameServer是一个Broker与Topic路由的注册中心，支持Broker的动态注册与发现。

RocketMQ的思想来自于Kafka，而Kafka是依赖了Zookeeper的。所以，在RocketMQ的早期版本，即在 MetaQ v1.0与v2.0版本中，也是依赖于Zookeeper的。从MetaQ v3.0，即RocketMQ开始去掉了 Zookeeper依赖，使用了自己的NameServer。

主要包括两个功能:

• Broker管理:
  接受Broker集群的注册信息并且保存下来作为路由信息的基本数据;提供心跳检测机制，检查Broker是否还存活。
• 路由信息管理:
  每个NameServer中都保存着Broker集群的整个路由信息和用于客户端查询的队列信息。Producer和Conumser通过NameServer可以获取整个Broker集群的路由信息，从而进行消息的投递和消费。

路由注册

NameServer通常也是以集群的方式部署，不过，NameServer是无状态的，即NameServer集群中的各个节点间是无差异的，各节点间相互不进行信息通讯。

那各节点中的数据是如何进行数据同步的呢?
在 Broker节点启动时，轮询NameServer列表，与每个NameServer节点建立长连接，发起注册请求。在 NameServer内部维护着一个Broker列表，用来动态存储Broker的信息。

注意，这是与其它像zk、Eureka/Nacos等注册中心不同的地方。
这种NameServer的无状态方式，有什么优缺点：
优点：NameServer集群搭建简单，扩容简单。
缺点：对于Broker，必须明确指出所有NameServer地址。否则未指出的将不会被注册。也正因为如此，NameServer并不能随便扩容。因为，若Broker不重新配置，新增NameServer对于Broker来说是不可见的，其不会向这个NameServer进行注册。

Broker节点为了证明自己是活着的，为了维护与NameServer间的长连接，会将最新的信息以心跳包的方式上报给NameServer，每30秒发送一次心跳。心跳包中包含 BrokerId、Broker地址(IP+Port)、 Broker名称、Broker所属集群名称等等。NameServer在接收到心跳包后，会更新心跳时间戳，记录这 个Broker的最新存活时间。

路由剔除

由于Broker关机、宕机或网络抖动等原因，NameServer没有收到Broker的心跳，NameServer可能会将其从Broker列表中剔除。
NameServer中有一个定时任务，每隔10秒就会扫描一次Broker表，查看每一个Broker的最新心跳时间戳距离当前时间是否超过120秒，如果超过，则会判定Broker失效，然后将其从Broker列表中剔除。

扩展：对于RocketMQ日常运维工作，例如Broker升级，需要停掉Broker的工作。OP需要怎么做？
1、OP需要将Broker的读写权限禁掉。一旦client（Consumer 或 producer）向Broker发送请求，都会接受到Broker的NO_PERMISSION响应，然后client会进行对其它broker的重试。
2、当OP观察到这个Broker没有流量后，再关闭它，实现Broker从NameServer的移除。

路由发现

RocketMQ的路由发现采用的是Pull模型。
当Topic路由信息出现变化时，NameServer不会主动推送给客户端，而是客户端定时拉取主题最新的路由。默认客户端每30秒会拉取一次最新的路由。

扩展：
1）push模型：推送模型。实时性较好，是一个“发布-订阅”模型，需要维护一个长连接。而长连接的维护是需要资源成本的。
该模型适合场景：实时性要求较高；client数量不多，server数据变化较频繁。
2）pull模型：拉取模型。存在的问题是，实时性较差。
3）Long Polling模型：长轮询模型。是对Push和Pull模型的整合，充分利用了这两种模型的优势，屏蔽了它们的劣势。

客户端NameServer选择策略

这里的客户端指的是Producer 与 Consumer

客户端在配置时必须要写上NameServer集群的地址，那么客户端到底连接的是哪个NameServer节点呢?客户端首先会生产一个随机数，然后再与NameServer节点数量取模，此时得到的就是所要连接的节点索引，然后就会进行连接。如果连接失败，则会采用round-robin策略，逐个尝试着去连接其它节点。

首先采用的是 随机策略 进行的选择，失败后采用的是 轮询策略 。

扩展：Zookeeper Client 是如何选择Zookeeper Server的？
简单来说就是，经过两次Shuffle，然后选择一台Zookeeper Server。
详细说就是，将配置文件中的zk server地址进行第一次Shuffle，然后随机选择一个。这个选择出的一般都是hostname。然后获取到该hostname对应的所有ip，再对这些ip进行第二次shuffle，从shuffle过的结果中获取第一个server地址进行连接。

4 Broker

功能介绍

Broker充当着消息中转角色，负责存储消息、转发消息。
Broker在RocketMQ系统中负责接收并存储从 生产者发送来的消息，同时为消费者的拉取请求作准备。Broker同时也存储着消息相关的元数据，包括消费者组消费进度偏移offset、主题、队列等。

Kafka 0.8 版本之后，offset是存放在Broker中的，之前版本是存放在Zookeeper中的。

模块构成

下图为Broker Server的功能模块示意图。

Remoting Module: 整个Broker的实体，负责处理来自clients端的请求。而这个Broker实体则由以下模块构成。
Client Manager:客户端管理器。负责接收、解析客户端(Producer/Consumer)请求，管理客户端。例如，维护Consumer的Topic订阅信息
Store Service:存储服务。提供方便简单的API接口，处理消息存储到物理硬盘 和 消息查询功能。
HA Service:高可用服务，提供Master Broker 和 Slave Broker之间的数据同步功能。
Index Service:索引服务。根据特定的Message key，对投递到Broker的消息进行索引服务，同时也提供根据Message Key对消息进行快速查询的功能。

集群部署

为了增强Broker性能与吞吐量，Broker一般都是以集群形式出现的。各集群节点中可能存放着相同 Topic的不同Queue。不过，这里有个问题，如果某Broker节点宕机，如何保证数据不丢失呢?其解决 方案是，将每个Broker集群节点进行横向扩展，即将Broker节点再建为一个HA集群，解决单点问题。

Broker节点集群是一个主从集群，即集群中具有Master与Slave两种角色。Master负责处理读写操作请求，Slave负责对Master中的数据进行备份。当Master挂掉了，Slave则会自动切换为Master去工作。所以这个Broker集群是主备集群。一个Master可以包含多个Slave，但一个Slave只能隶属于一个Master。 Master与Slave 的对应关系是通过指定相同的BrokerName、不同的BrokerId 来确定的。BrokerId为0表示Master，非0表示Slave。每个Broker与NameServer集群中的所有节点建立长连接，定时注册Topic信息到所有NameServer。

5 工作流程

具体流程

1. 启动NameServer，NameServer启动后开始监听端口，等待Broker、Producer、Consumer连接。

2. 启动Broker时，Broker会与所有的NameServer建立并保持长连接，然后每30秒向NameServer定时发送心跳包。

3. 发送消息前，可以先创建Topic，创建Topic时需要指定该Topic要存储在哪些Broker上，当然，在创建Topic时也会将Topic与Broker的关系写入到NameServer中。不过，这步是可选的，也可以在发送消息时自动创建Topic。

4. Producer发送消息，启动时先跟NameServer集群中的其中一台建立长连接，并从NameServer中获取路由信息，即当前发送的Topic消息的Queue与Broker的地址(IP+Port)的映射关系。然后根据算法策略从队选择一个Queue，与队列所在的Broker建立长连接从而向Broker发消息。当然，在获取到路由信息后，Producer会首先将路由信息缓存到本地，再每30秒从NameServer更新一次路由信息。

5. Consumer跟Producer类似，跟其中一台NameServer建立长连接，获取其所订阅Topic的路由信息， 然后根据算法策略从路由信息中获取到其所要消费的Queue，然后直接跟Broker建立长连接，开始消费其中的消息。Consumer在获取到路由信息后，同样也会每30秒从NameServer更新一次路由信息。不过不同于Producer的是，Consumer还会向Broker发送心跳，以确保Broker的存活状态。

Topic的创建模式

手动创建Topic时，有两种模式:

• 集群模式:该模式下创建的Topic在该集群中，所有Broker中的Queue数量是相同的。
• Broker模式:该模式下创建的Topic在该集群中，每个Broker中的Queue数量可以不同。
  自动创建Topic时，默认采用的是Broker模式，会为每个Broker默认创建4个Queue。

读/写队列

从物理上来讲，读/写队列是同一个队列。所以，不存在读/写队列数据同步问题。读/写队列是逻辑上进行区分的概念。一般情况下，读/写队列数量是相同的。

例如，创建Topic时设置的写队列数量为8，读队列数量为4，此时系统会创建8个Queue，分别是0 1 2 3 4 5 6 7。Producer会将消息写入到这8个队列，但Consumer只会消费0 1 2 3这4个队列中的消息，4 5 6 7中的消息是不会被消费到的。

再如，创建Topic时设置的写队列数量为4，读队列数量为8，此时系统会创建8个Queue，分别是0 1 2 3 4 5 6 7。Producer会将消息写入到0 1 2 3 这4个队列，但Consumer只会消费0 1 2 3 4 5 6 7这8个队列中 的消息，但是4 5 6 7中是没有消息的。此时假设Consumer Group中包含两个Consuer，Consumer1消 费0 1 2 3，而Consumer2消费4 5 6 7。但实际情况是，Consumer2是没有消息可消费的。

也就是说，当读/写队列数量设置不同时，总是有问题的。
那么，为什么要这样设计呢?
其这样设计的目的是为了，方便Topic的Queue的缩容。

例如，原来创建的Topic中包含16个Queue，如何能够使其Queue缩容为8个，还不会丢失消息?可以动态修改写队列数量为8，读队列数量不变。此时新的消息只能写入到前8个队列，而消费都消费的却是16个队列中的数据。当发现后8个Queue中的消息消费完毕后，就可以再将读队列数量动态设置为8。整 个缩容过程，没有丢失任何消息。

perm用于设置对当前创建Topic的操作权限: 2表示只写，4表示只读，6表示读写。

三、单机安装与启动

1 准备工作

1、软硬件需求
系统要求是64位的，JDK要求是1.8及其以上版本的。

2、下载RocketMQ安装包


3、将下载的安装包上传到Linux。

4、解压。

2、修改初始内存

修改runserver.sh
使用vim命令打开bin/runserver.sh文件。现将这些值修改为如下:

修改runbroker.sh
使用vim命令打开bin/runbroker.sh文件。现将这些值修改为如下:

3、启动

启动NameServer

nohup sh bin/mqnamesrv &
tail -f ~/logs/rocketmqlogs/namesrv.log

启动broker

nohup sh bin/mqbroker -n localhost:9876 &
tail -f ~/logs/rocketmqlogs/broker.log

4、发送/接收消息测试

发送消息

export NAMESRV_ADDR=localhost:9876
sh bin/tools.sh org.apache.rocketmq.example.quickstart.Producer

接收消息

sh bin/tools.sh org.apache.rocketmq.example.quickstart.Consumer

5、关闭Server

无论是关闭name server还是broker，都是使用bin/mqshutdown命令。

[root@mqOS rocketmq]# sh bin/mqshutdown broker The mqbroker(1740) is running...
Send shutdown request to mqbroker(1740) OK
[root@mqOS rocketmq]# sh bin/mqshutdown namesrv
The mqnamesrv(1692) is running...
Send shutdown request to mqnamesrv(1692) OK
[2]+ 退出 143 nohup sh bin/mqbroker -n localhost:9876

四、 控制台的安装与启动

RocketMQ有一个可视化的dashboard，通过该控制台可以直观的查看到很多数据。

1 下载

下载地址: https://github.com/apache/rocketmq-externals/releases

2 修改配置 application.properties

修改其src/main/resources中的application.properties配置文件。

• 原来的端口号为8080，修改为一个不常用的
• 指定RocketMQ的name server地址
  

3 添加依赖

在解压目录rocketmq-console的pom.xml中添加如下JAXB依赖。

JAXB (Java Architechture for Xml Binding),用于XML绑定的Java技术，是一个业界标准，是一项可以根据 XML Schema 生成Java类的技术。

<dependency> 
	<groupId>javax.xml.bind</groupId> 
	<artifactId>jaxb-api</artifactId> 
	<version>2.3.0</version>
</dependency>
<dependency>
	<groupId>com.sun.xml.bind</groupId> 
	<artifactId>jaxb-impl</artifactId> 
	<version>2.3.0</version>
</dependency>
<dependency>
	<groupId>com.sun.xml.bind</groupId> 
	<artifactId>jaxb-core</artifactId> 
	<version>2.3.0</version>
</dependency>
<dependency>
	<groupId>javax.activation</groupId> 
	<artifactId>activation</artifactId> 
	<version>1.1.1</version>
</dependency>

4 打包

在rocketmq-console目录下运行maven的打包命令。

5 启动

6 访问