二.RocketMQ基础概念及名词说明
RocketMQ基础概念及名词说明
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- 一：RocketMQ基本概念
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- 1.消息（Message）
- 2.生产者(Producer)
- 3.消费者(Consumer)
- 4.分组(Group)：
- 4.主题（Topic）
- 5.标签（Tag）
- 6.队列（Queue）
- 7.消息标识（MessageId/Key）
- 8.偏移量(Offset)
- 二:RocketMQ系统架构
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- 1.Producer
- 2.Consumer
- 3.Name Server
- 4.Broker
- 三：工作流程
- 四：RocketMQ 消费模式
一：RocketMQ基本概念
1.消息（Message）
生产或消费的数据，每条消息必须属于一个主题。对于 RocketMQ 来说，消息就是字节数组。
2.生产者(Producer)
生产者(Producer)：消息的发送者；也称为消息发布者，负责生产并发送消息至 RocketMQ。通常是业务系统中的一个功能模块。
3.消费者(Consumer)
消费者(Consumer)：也称为消息订阅者，负责从 RocketMQ 接收并消费消息。通常也是业务系统中的一个功能模块。
4.分组(Group)：
- 生产者：
标识发送同一类消息的 Producer，通常发送逻辑一致。发送普通消息的时候，仅标识使用，并无特别用处。主要作用用于事务消息：（事务消息中如果发送某条消息的producer-A宕机，使得事务消息一直处于PREPARED状态并超时，则broker会回查同一个group的其它producer，确认这条消息应该 commit 还是rollback） - 消费者：
标识一类 Consumer 的集合名称，这类 Consumer 通常消费一类消息，且消费逻辑一致。同一个 Consumer Group 下的各个实例将共同消费 topic的消息，起到负载均衡的作用。消费进度以 Consumer Group 为粒度管理，不同 Consumer Group 之间消费进度彼此不受影响，即消息 A 被 Consumer Group1 消费过，也会再给 ConsumerGroup2 消费。
4.主题（Topic）
Topic表示一类消息的集合，每条消息只能属于一个Topic，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；而一个消费者只可以订阅和消费一种Topic的消息。 producer:topic 1:n consumer:topic 1:1
5.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。
6.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。
无论生产者还是消费者，实际的生产和消费都是针对 Queue 级别。
在 RocketMQ 中，所有消息队列都是持久化的，长度无限的数据结构，所谓长度无限是指队列中的每个存储单元都是定长，访问其中的存储单元使用Offset来访问，offset 为 java long 类型，64 位，理论上在 100 年内不会溢出，所以认为为是长度无限，另外队列中只保存最近几天的数据，之前的数据会按照过期时间来删除。也可以认为Message Queue是一个长度无限的数组，offset 就是下标。
7.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
8.偏移量(Offset)
一般我们只关心暴露到客户端的 offset。不指定的话，就是指 Message Queue 下面的 offset。
Message queue 是无限长的数组。一条消息进来下标就会涨 1，而这个数组的下标就是 offset。
二:RocketMQ系统架构
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
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: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
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所订阅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：
3.Name Server
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
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
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。
- 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。
为了增强Broker性能与吞吐量，Broker一般都是以集群形式出现的。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。
三：工作流程
- 启动NameServer，NameServer启动后开始监听端口，等待Broker、Producer、Consumer连接。
- 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。
- 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。
- 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列中选择一个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。
- 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。
四：RocketMQ 消费模式
RocketMQ 消息订阅有两种模式：Push模式和 Pull模式。
- Push 模式
Push模式（MQPushConsumer）：即MQServer主动向消费端推送；
优点：就是实时性高。
缺点：在于消费端的处理能力有限，当瞬间推送很多消息给消费端时，容易造成消费端的消息积压，严重时会压垮客户端。
- Pull 模式
Pull模式（MQPullConsumer）：即消费端在需要时，主动到MQ Server拉取。但在具体实现时，Push和Pull模式本质都是采用消费端主动拉取的方式，即 Consumer 轮询从 Broker 拉取消息。
优点：主动权掌握在消费端自己手中，根据自己的处理能力量力而行。
缺点：如何控制 Pull 的频率，定时间隔太久影响时效性，间隔太短担心做太多“无用功”浪费资源。比较折中的办法就是长轮询。
Push 与 Pull 区别：
Push 方式里，Consumer 把长轮询的动作封装了，并注册 MessageListener监听器，取到消息后，唤醒MessageListener的consumeMessage()来消费，对用户而言，感觉消息是被推送过来的。
Pull 方式里，取消息的过程需要用户自己主动调用，首先通过打算消费的 Topic 拿到 MessageQueue 的集合，遍历MessageQueue集合，然后针对每个MessageQueue批量取消息，一次取完后，记录该队列下一次要取的开始offset，直到取完了，再换另一个MessageQueue。
RocketMQ 使用长轮询机制来模拟 Push 效果，算是兼顾了二者的优点。