Java服务MQ消息队列容灾方案

背景介绍

在前一段时间线上出现过一次事故，一个非常重要的消息生产者服务，由于MQ出现问题，消息大量积压，导致了该服务线程被打满，外部请求返回502，服务采用Springboot搭建，使用Springboot的Tomcat容器。

原因分析

消息的生产者服务是一个高并发量的服务，接受外部方的接口调用，并将消息推送至MQ，调用流程示意图如下：

而事故当天的情况是，MQ消息大量积压，基本等同于MQ挂掉，

大量的请求积压在推送消息到MQ的地方，导致外部的大量的请求在Tomcat的线程池积压，当Tomcat的线程池全部被打满后，服务不能再接受新的请求进入，导致抛出大量的502错误。

容灾方案分析

一、发送消息超时时间设定

首先可以想到的是，在MQ发送消息处，设置推送消息的超时时间，超过超时时间，认为消息发送失败，将消息写入文件中，当时这个方案并没有根本上解决，如果MQ挂掉，Tomcat不被打满的问题，虽然可以解决目前的生产场景的情况，但是当后续请求量更大时候，不能保证Tomcat不被打满，同时，消息推送的超时时间的设定也不好进行把握，如果由于网络波动或其他情况，导致消息推送慢，但是是可以推送成功的，但是万一超过了超时时间，消息直接不会发送，反而会影响目前的业务逻辑。

二、调整Tomcat线程池大小

事故的起因是因为Tomcat被打满，那调整Tomcat的线程池大小，调整大一些不就可以了吗？但是这是一种治标不治本的方法，并没有根本上解决MQ挂掉后，Tomcat被打满的情况，只能是延迟了被打满的时间，但是根据目前线上机器配置的情况，Tomcat增大线程池大小并不是一个合适的选择。

三、启用异步

问题的根本是MQ挂掉，主线程全部卡在MQ发送消息的部分，那么是否可以考虑，将MQ发送消息的这个操作异步化，让Tomcat主线程不在此等待，而是转由异步线程执行发送消息的操作？这个方案看来还是比较靠谱的，这里我首先考虑引入线程池，进行异步化处理，

OK，方案确认，那么线程池的参数设置需要进行考虑，一般常规的线程池线程数设置为：CPU core * 2 +1，也有其他的线程池估算算法：估算线程池数目大小 ，这里我采用传统的设置方式，初始化线程池核心数为 CPU core * 2 +1，最大线程数：4 * （CPU core * 2 +1），阻塞队列：1000。
由于我们采用了线程池，那么对于线程池的监控是必须的，这里我设置为线程数达到最大线程数的80%会进行告警，因为这时候说明MQ推送消息可能已经出现堆积的情况了，下面给出代码的实例：

消息推送异步化：

@Component
public class MessageProducer InitializingBean {

    @Autowired
    private MqService mqService;

    private static ThreadPoolExecutor pool = null;

    @Override
    public void sendToMessageBus(String message) {
        //线程池异步处理
        try {
            pool.execute(() -> {
                try {
                    //推送消息
                    mqService.send(message);
                    monitorThreadPool();
                } catch (Exception e) {
                    log.error("send message to message bus error, cause : {}", e);
                    handleFailMessage(message);
                }
            });
        } catch (Exception e) {
            log.error("commit send message to thread pool error, prepare to save message in file......");
            handleFailMessage(message);
        }
    }

    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        pool = new ThreadPoolExecutor(5, 20, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(1000),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

        //启动消息失败处理线程
        FailMessageHandlerProducer republishThread = new FailMessageHandlerProducer();
        republishThread.setName("republish-thread");
        republishThread.start();
    }

    public static void shutdown() {
        if (pool != null) {
            pool.shutdown();
        }
    }

    private void handleFailMessage(String message) {
        JSONObject jsonObject = new JSONObject();
        jsonObject.put("message", message);
        FailMessageHandlerProducer.pushEvent(jsonObject);
    }

    private void monitorThreadPool() {
        try {
            //一级告警，线程池当前活动线程数大于阈值
            if (pool.getActiveCount() > 16) {
                //告警处理
            }
            //二级告警，线程池阻塞队列当前对象数大于阈值
            if (pool.getQueue().size() > 100) {
                //告警处理
            }
        } catch (Exception e) {
            log.error("monitorThreadPool alarm error, cause : {}", e);
        }
    }
}

失败消息处理：

public class FailMessageHandlerProducer extends Thread {

    private static LinkedBlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue<>(10000);

    private static volatile boolean terminate = false;

    private long timeout = 10;

    public FailMessageHandlerProducer() {

    }

    public static synchronized void pushEvent(JSONObject republishData) {
        try {
            queue.put(republishData);
        } catch (Exception e) {
            log.error("FailMessageHandlerProducer push error", e);
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        while (!terminate) {
            try {
                JSONObject republishData = queue.poll(timeout, TimeUnit.SECONDS);
                if (republishData != null) {
                    //写入文件

                } else {
                    //停顿2s
                    Thread.sleep(2 * 1000);
                }
            } catch (Exception e) {
                log.error("republish message error, cause : {}", e);
            }
        }
    }

    public static void setTerminate() {
        terminate = false;
    }
}

这里我采用了线程池进行异步化发送消息，当MQ挂掉或者推送消息特别慢的时候，线程池中的线程首先会进行积压，直到线程池最大线程数，在之后进入的线程会进入阻塞队列，当阻塞队列被打满后，线程池会抛出异常，捕获异常后将消息写入文件。关于线程池的机制可以看一下我的另一篇博文：Java ThreadPoolExecutor线程池概述

压力测试

压力测试的工具，我使用是Jmeter，Jmeter使用，在PC环境下的压力测试数据如下，环境Intel 八代i5 4核 + 16G，

条件	并发	请求次数	每秒吞吐
使用线程池（初始化5，最大线程数20，阻塞队列1000）	1000并发/1s	2000	220.8
使用线程池（初始化5，最大线程数20，阻塞队列1000）	1000并发/1s	2000	257.2
使用线程池（初始化5，最大线程数20，阻塞队列1000）	1000并发/1s	2000	217.5
不使用线程池	1000并发/1s	2000	16.6
使用线程池（初始化50，最大线程数100，阻塞队列1000）	2000并发/1s	10000	181
使用线程池（初始化30，最大线程数80，阻塞队列1000）	2000并发/1s	10000	159
不使用线程池	2000并发/1s	6000	16.8

可以看到，在高并发场景下，没有线程池的场景，吞吐量差距非常巨大，但是也可以看到，线程池的线程数并不是越大越大的，需要根据服务器的配置情况，设定好合适的线程池配置。

结语

本文结合我自己遇见的一次线上事故，采取的容灾方案，这个方案肯定不是很完美或者或者说设计的很好的，因为当MQ挂掉后，很多消息会写入文件，将这部分消息重新处理也是一个比较麻烦的事情，本文就是一个抛砖引玉的给出一个大概思路，如果你有更好的方案，欢迎留言我们讨论！