分布式消息队列RocketMQ入门

一、 RocketMQ概述

1、MQ概述

1）MQ简介

MQ，Message Queue，是一种提供消息队列服务的中间件，也称为消息中间件，是一套提供了消息生产、存储、消费全过程API的软件系统。消息即数据。一般消息的体量不会很大。

2）MQ用途

限流削峰

MQ可以将系统的超量请求暂存其中，以便系统后期可以慢慢进行处理，从而避免了请求的丢失或系统被压垮。

image.png

异步解耦

上游系统对下游系统的调用若为同步调用，则会大大降低系统的吞吐量与并发度，且系统耦合度太高。而异步调用则会解决这些问题。所以两层之间若要实现由同步到异步的转化，一般性做法就是，在这两层间添加一个MQ层。

image.png

数据收集

分布式系统会产生海量级数据流，如：业务日志、监控数据、用户行为等。针对这些数据流进行实时或批量采集汇总，然后对这些数据流进行大数据分析，这是当前互联网平台的必备技术。通过MQ完成此类数据收集是最好的选择。

3）常见MQ产品

ActiveMQ

ActiveMQ是使用Java语言开发一款MQ产品。早期很多公司与项目中都在使用。但现在的社区活跃度已经很低。现在的项目中已经很少使用了。

RabbitMQ

RabbitMQ是使用ErLang语言开发的一款MQ产品。其吞吐量较Kafka与RocketMQ要低，且由于其不是 Java语言开发，所以公司内部对其实现定制化开发难度较大。

Kafka

Kafka是使用Scala/Java语言开发的一款MQ产品。其最大的特点就是高吞吐率，常用于大数据领域的实时计算、日志采集等场景。其没有遵循任何常见的MQ协议，而是使用自研协议。对于Spring Cloud Netçix，其仅支持RabbitMQ与Kafka。

RocketMQ

RocketMQ是使用Java语言开发的一款MQ产品。经过数年阿里双11的考验，性能与稳定性非常高。其没有遵循任何常见的MQ协议，而是使用自研协议。对于Spring Cloud Alibaba，其支持RabbitMQ、 Kafka，但提倡使用RocketMQ

对比

	ACTIVEMQ	RABBITMQ	KAFKA	ROCKETMQ
开发语言	Java	ErLang	Java	Java
单机吞吐量	万级	万级	十万级	十万级
Topic	-	-	百级Topic时会影响系统吞吐量	千级Topic时会影响系统吞吐量
社区活跃度	低	高	高	高

4）MQ常见协议

一般情况下MQ的实现是要遵循一些常规性协议的。常见的协议如下：

JMS

JMS，Java Messaging Service（Java消息服务）。是Java平台上有关MOM（Message Oriented Middleware，面向消息的中间件 PO/OO/AO）的技术规范，它便于消息系统中的Java应用程序进行消息交换，并且通过提供标准的产生、发送、接收消息的接口，简化企业应用的开发。ActiveMQ是该协议的典型实现。

STOMP

STOMP，Streaming Text Orientated Message Protocol（面向流文本的消息协议），是一种MOM设计的简单文本协议。STOMP提供一个可互操作的连接格式，允许客户端与任意STOMP消息代理（Broker）进行交互。ActiveMQ是该协议的典型实现，RabbitMQ通过插件可以支持该协议。

AMQP

AMQP，Advanced Message Queuing Protocol（高级消息队列协议），一个提供统一消息服务的应用层标准，是应用层协议的一个开放标准，是一种MOM设计。基于此协议的客户端与消息中间件可传递消息，并不受客户端/中间件不同产品，不同开发语言等条件的限制。 RabbitMQ是该协议的典型实现。

MQTT

MQTT，Message Queuing Telemetry Transport（消息队列遥测传输），是IBM开发的一个即时通讯协议，是一种二进制协议，主要用于服务器和低功耗IoT（物联网）设备间的通信。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，被用来当做传感器和致动器的通信协议。 RabbitMQ通过插件可以支持该协议。

二、RocketMQ概述

1、RocketMQ简介

RocketMQ是一个统一消息引擎、轻量级数据处理平台。 RocketMQ是⼀款阿⾥巴巴开源的消息中间件。2016年11⽉28⽇，阿⾥巴巴向 Apache 软件基⾦会捐赠 RocketMQ，成为 Apache 孵化项⽬。2017 年 9 ⽉ 25 ⽇，Apache 宣布 RocketMQ孵化成为 Apache 顶级项⽬（TLP ），成为国内⾸个互联⽹中间件在 Apache 上的顶级项⽬。

官网地址：http://rocketmq.apache.org/

2、RocketMQ发展历程

[图片上传失败...(image-7ed1b-1653707805237)]

2007年，阿里开始五彩石项目，Notify作为项目中交易核心消息流转系统，应运而生。Notify系统是 RocketMQ的雏形。
2010年，B2B大规模使用ActiveMQ作为阿里的消息内核。阿里急需一个具有海量堆积能力的消息系统。
2011年初，Kafka开源。淘宝中间件团队在对Kafka进行了深入研究后，开发了一款新的MQ，MetaQ。
2012年，MetaQ发展到了v3.0版本，在它基础上进行了进一步的抽象，形成了RocketMQ，然后就将其进行了开源。
2015年，阿里在RocketMQ的基础上，又推出了一款专门针对阿里云上用户的消息系统Aliware MQ。
2016年双十一，RocketMQ承载了万亿级消息的流转，跨越了一个新的里程碑。11⽉28⽇，阿⾥巴巴向 Apache 软件基⾦会捐赠 RocketMQ，成为 Apache 孵化项⽬。
2017 年 9 ⽉ 25 ⽇，Apache 宣布 RocketMQ孵化成为 Apache 顶级项⽬（TLP ），成为国内⾸个互联⽹中间件在 Apache 上的顶级项⽬。

3、基本概念

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)

[图片上传失败...(image-eae-1653707805237)]

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
producer:topic 1:n
consumer: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。

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。

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。

[图片上传失败...(image-48e7a2-1653707805237)]

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

4、系统架构

[图片上传失败...(image-e5b7dd-1653707805237)]

RocketMQ架构上主要分为四部分构成：

1）Producer

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，就是消息生产的过程

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，电商平台的业务系统从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

[图片上传失败...(image-b0ea66-1653707805237)]

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。

[图片上传失败...(image-93d65f-1653707805237)]

不过，一个Topic类型的消息可以被多个消费者组同时消费。

消费者组只能消费一个Topic的消息，不能同时消费多个Topic消息

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去注册。也正因为如此，NameServer并不能随便扩容。因为，若Broker不重新配置，新增的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？

OP需要将Broker的读写权限禁掉。一旦client(Consumer或Producer)向broker发送请求，都会收到broker的NO_PERMISSION响应，然后client会进行对其它Broker的重试。

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。

OP：运维工程师

SRE：Site Reliability Engineer，现场可靠性工程师

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。其实时性较好，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。该模型适合于的场景：

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。其是对Push与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Shufæe，然后选择第一台Zookeeper Server。

详细说就是，将配置文件中的zk server地址进行第一次shufæe，然后随机选择一个。这个选择出的一般都是一个hostname。然后获取到该hostname对应的所有ip，再对这些ip进行第二次 shufæe，从shufæe过的结果中取第一个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:

[图片上传失败...(image-cdb421-1653707805237)]

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

[图片上传失败...(image-7d0886-1653707805237)]

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集群是主从集群。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。