RabbitMQ-消息堆积&高可用

前置文章：
RabbitMQ-消息可靠性&延迟消息

零、本文纲要

一、MQ常见问题
二、消息堆积-惰性队列
1、消息堆积问题
2、解决消息堆积方法
3、惰性队列
三、高可用-MQ集群
1、集群分类
2、普通集群
3、镜像集群
4、冲裁队列

一、MQ常见问题

• ① 消息可靠性

确保发送的消息至少被消费一次；

• ② 延迟消息

实现消息的延迟投递；

• ③ 消息堆积

处理消息无法及时消费的问题；

• ④ 高可用

避免单点MQ故障导致整体不可用；

二、消息堆积-惰性队列

1、消息堆积问题

当生产者发送消息的速度超过了消费者处理消息的速度，就会导致队列中的消息堆积，直到队列存储消息达到上限。最早接收到的消息，可能就会成为死信，会被丢弃，这就是消息堆积问题。

2、解决消息堆积方法

• ① 增加更多消费者，提高消费速度；
• ② 在消费者内开启线程池加快消息处理速度；
• ③ 扩大队列容积，提高堆积上限。

3、惰性队列

从RabbitMQ的3.6.0版本开始，就增加了Lazy Queues的概念，也就是惰性队列。

• ① 惰性队列特征

Ⅰ 接收到消息后直接存入磁盘而非内存；
Ⅱ 消费者要消费消息时才会从磁盘中读取并加载到内存；
Ⅲ 支持数百万条的消息存储。

• ② 设置惰性队列

要设置一个队列为惰性队列，只需要在声明队列时，指定x-queue-mode属性为lazy即可。

Ⅰ 可以通过命令行将一个运行中的队列修改为惰性队列，如下：
rabbitmqctl set_policy Lazy "^lazy-queue$" '{"queue-mode":"lazy"}' --apply-to queues

Ⅱ 用SpringAMQP声明惰性队列，如下：

@Bean注解的形式，如下：

@Bean
public Queue lazyQueue(){
    return QueueBuilder
            .durable("lazy.queue")
            .lazy() // 开启x-queue-mode为lazy
            .build();
}

@RabbitListener注解的形式，如下：

@RabbitListener(queuesToDeclare = @Queue(
        name = "lazy.queue",
        durable = "true",
        arguments = @Argument(name = "x-queue-mode", value = "lazy")
))
public void listenLazyQueue(String msg){
    log.info("接收到lazy.queue的延迟消息：{}", msg);
}

• ④ 惰性队列优缺点

Ⅰ 优点
基于磁盘存储，消息上限高；
没有间歇性的page-out，性能比较稳定；

Ⅱ 缺点
基于磁盘存储，消息时效性会降低；
性能受限于磁盘的IO。

三、高可用-MQ集群

官方文档：Clustering Guide — RabbitMQ。

1、集群分类

• ① 普通集群

是一种分布式集群，将队列分散到集群的各个节点，从而提高整个集群的并发能力。

• ② 镜像集群

是一种主从集群，普通集群的基础上，添加了主从备份功能，提高集群的数据可用性。

注意：镜像集群虽然支持主从，但主从同步并不是强一致的，某些情况下可能有数据丢失的风险。

• ③ 仲裁队列

在RabbitMQ的3.8版本以后推出的，底层采用Raft协议确保主从的数据一致性。

2、普通集群

• ① 普通集群特点

Ⅰ 会在集群的各个节点间共享部分数据，包括：交换机、队列元信息。不包含队列中的消息；
Ⅱ 当访问集群某节点时，如果队列不在该节点，会从数据所在节点传递到当前节点并返回；
Ⅲ 队列所在节点宕机，队列中的消息就会丢失。

• ② 模拟普通集群搭建

Ⅰ 获取Cookie

RabbitMQ底层依赖于Erlang，而Erlang虚拟机就是一个面向分布式的语言，默认就支持集群模式。集群模式中的每个RabbitMQ 节点使用 cookie 来确定它们是否被允许相互通信。

要使两个节点能够通信，它们必须具有相同的共享秘密，称为Erlang cookie。cookie 只是一串最多 255 个字符的字母数字字符。

每个集群节点必须具有相同的 cookie。实例之间也需要它来相互通信。

首先获取Cookie，指令如下：

docker exec -it mq cat /var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie

其中YYNCLCJEKVNUFYQFPNZH这一串就是生成的Cookie，如下：

[root@localhost ~]# docker exec -it mq cat /var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie
YYNCLCJEKVNUFYQFPNZH[root@localhost ~]# 

Ⅱ 删除现有mq容器

docker rm -f mq

Ⅲ 准备rabbitmq.conf配置文件
此处选择在tmp目录下创建，如下：

cd /tmp
# 创建文件
touch rabbitmq.conf

配置文件内容如下：

loopback_users.guest = false
listeners.tcp.default = 5672
cluster_formation.peer_discovery_backend = rabbit_peer_discovery_classic_config
cluster_formation.classic_config.nodes.1 = rabbit@mq1
cluster_formation.classic_config.nodes.2 = rabbit@mq2
cluster_formation.classic_config.nodes.3 = rabbit@mq3

Ⅳ 准备Cookie记录文件

# 创建cookie文件
touch .erlang.cookie
# 写入cookie
echo "YYNCLCJEKVNUFYQFPNZH" > .erlang.cookie
# 修改cookie文件的权限
chmod 600 .erlang.cookie

Ⅴ 准备集群目录

# 创建目录
mkdir mq1 mq2 mq3

Ⅵ 拷贝配置文件、Cookie文件到目录

echo：用于字符串的输出，输出字符串到|后面；
-t：表示先打印命令，再执行；
-n 1：表示执行命令时用的args个数为1个。

# 批量拷贝rabbitmq.conf
echo mq1 mq2 mq3 | xargs -t -n 1 cp rabbitmq.conf
# 批量拷贝.erlang.cookie
echo mq1 mq2 mq3 | xargs -t -n 1 cp .erlang.cookie

Ⅶ 创建集群网络

docker network create mq-net

Ⅷ 运行容器

docker run -d --net mq-net \
-v ${PWD}/mq1/rabbitmq.conf:/etc/rabbitmq/rabbitmq.conf \
-v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \
-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=test \
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123456 \
--name mq1 \
--hostname mq1 \
-p 8071:5672 \
-p 8081:15672 \
rabbitmq:3.8-management

docker run -d --net mq-net \
-v ${PWD}/mq2/rabbitmq.conf:/etc/rabbitmq/rabbitmq.conf \
-v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \
-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=test \
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123456 \
--name mq2 \
--hostname mq2 \
-p 8072:5672 \
-p 8082:15672 \
rabbitmq:3.8-management

docker run -d --net mq-net \
-v ${PWD}/mq3/rabbitmq.conf:/etc/rabbitmq/rabbitmq.conf \
-v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \
-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=test \
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123456 \
--name mq3 \
--hostname mq3 \
-p 8073:5672 \
-p 8083:15672 \
rabbitmq:3.8-management

集群容器启动.png

• ③ 测试

集群中的节点标示默认都是：rabbit@[hostname]。

Ⅰ 往rabbit@mq1添加队列

往rabbit@mq1添加队列.png

在mq2、mq3中也可以查看到该队列，因为元信息共享。

Ⅱ 往simple.queue添加数据

往simple.queue添加数据.png

在mq2、mq3中可以查看到消息，如下：

在mq2、mq3中可以查看到消息.png

Ⅲ 让mq1宕机

docker stop mq1

mq2、mq3无法读取到数据，因为只共享元信息，没有同步备份数据，如下：

mq2、mq3无法读取到数据.png

3、镜像集群

镜像集群官方文档：Classic Queue Mirroring — RabbitMQ。

普通集群不具备高可用的特性，使用镜像集群可以解决这个问题。

• ① 镜像集群特征

Ⅰ 镜像队列结构是一主多从（从就是镜像）；
Ⅱ 所有操作都是主节点完成，然后同步给镜像节点；
Ⅲ 主宕机后，镜像节点会替代成新的主（如果在主从同步完成前，主就已经宕机，可能出现数据丢失）；
Ⅳ 不具备负载均衡功能，因为所有操作都会有主节点完成（但是不同队列，其主节点可以不同，可以利用这个提高吞吐量）。

• ② 镜像模式配置

ha-mode	ha-params	效果
准确模式exactly	队列的副本量count	集群中队列副本（主服务器和镜像服务器之和）的数量。count如果为1意味着单个副本：即队列主节点。count值为2表示2个副本：1个队列主和1个队列镜像。换句话说：count = 镜像数量 + 1。如果群集中的节点数少于count，则该队列将镜像到所有节点。如果有集群总数大于count+1，并且包含镜像的节点出现故障，则将在另一个节点上创建一个新的镜像。
all	(none)	队列在群集中的所有节点之间进行镜像。队列将镜像到任何新加入的节点。镜像到所有节点将对所有群集节点施加额外的压力，包括网络I / O，磁盘I / O和磁盘空间使用情况。推荐使用exactly，设置副本数为（N / 2 +1）。
nodes	node names	指定队列创建到哪些节点，如果指定的节点全部不存在，则会出现异常。如果指定的节点在集群中存在，但是暂时不可用，会创建节点到当前客户端连接到的节点。

• ③ exactly模式（推荐）

rabbitmqctl set_policy ha-two "^two\." '{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}'

• rabbitmqctl set_policy：固定写法
• ha-two：策略名称，自定义
• "^two\."：匹配队列的正则表达式，符合命名规则的队列才生效，这里是任何以two.开头的队列名称
• '{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}': 策略内容
  • "ha-mode":"exactly"：策略模式，此处是exactly模式，指定副本数量
  • "ha-params":2：策略参数，这里是2，就是副本数量为2，1主1镜像
  • "ha-sync-mode":"automatic"：同步策略，默认是manual，即新加入的镜像节点不会同步旧的消息。如果设置为automatic，则新加入的镜像节点会把主节点中所有消息都同步，会带来额外的网络开销。

• ④ all模式

rabbitmqctl set_policy ha-all "^all\." '{"ha-mode":"all"}'

• ha-all：策略名称，自定义
• "^all\."：匹配所有以all.开头的队列名
• '{"ha-mode":"all"}'：策略内容
  • "ha-mode":"all"：策略模式，此处是all模式，即所有节点都会称为镜像节点

• ⑤ nodes模式

rabbitmqctl set_policy ha-nodes "^nodes\." '{"ha-mode":"nodes","ha-params":["rabbit@nodeA", "rabbit@nodeB"]}'

• rabbitmqctl set_policy：固定写法
• ha-nodes：策略名称，自定义
• "^nodes\."：匹配队列的正则表达式，符合命名规则的队列才生效，这里是任何以nodes.开头的队列名称
• '{"ha-mode":"nodes","ha-params":["rabbit@nodeA", "rabbit@nodeB"]}': 策略内容
  • "ha-mode":"nodes"：策略模式，此处是nodes模式
  • "ha-params":["rabbit@mq1", "rabbit@mq2"]：策略参数，这里指定副本所在节点名称

• ⑥ 测试exactly模式

Ⅰ 设置exactly模式

docker exec -it mq1 rabbitmqctl set_policy ha-two "^two\." '{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}'

Ⅱ 创建队列

创建队列.png

mq2可以查看到该模式的队列.png

Ⅲ 发送消息

发送消息查看消息.png

Ⅳ 让mq1宕机

docker stop mq1

mq3晋升为该队列主节点.png

注意：mq1恢复后，该队列的主节点仍然为mq3。

4、冲裁队列

• ① 仲裁队列特征

Ⅰ 与镜像队列一样，都是主从模式，支持主从数据同步；
Ⅱ 使用非常简单，没有复杂的配置；
Ⅲ 主从同步基于Raft协议，强一致。

注意：仲裁队列是3.8版本以后才有的新功能。

• ② 添加仲裁队列

添加仲裁队列.png

仲裁队列镜像节点.png

+2表示有2个镜像节点，仲裁队列默认镜像数为5，集群节点不足5则都是镜像。

• ③ SpringAMQP创建仲裁队列

@Bean注解配置

@Bean
public Queue quorumQueue(){
    return QueueBuilder
            .durable("quorum.queue") // 持久化
            .quorum() // 仲裁队列
            .build();
}

修改配置文件

spring:
  rabbitmq:
#    host: 192.168.253.128 # rabbitMQ的ip地址
#    port: 5672 # 端口
    addresses: 192.168.253.128:8071,192.168.253.128:8072,192.168.253.128:8073

四、结尾

以上即为RabbitMQ-消息堆积&高可用的全部内容，感谢阅读。