消息队列

一、什么是消息队列

消息即是信息的载体。为了让消息发送者和消息接收者都能够明白消息所承载的信息（消息发送者需要知道如何构造消息；消息接收者需要知道如何解析消息），它们就需要按照一种统一的格式描述消息，这种统一的格式称之为消息协议(JMS)。所以，有效的消息一定具有某一种格式；而没有格式的消息是没有意义的。
而消息从发送者到接收者的方式也有两种。一种我们可以称为即时消息通讯，也就是说消息从一端发出后（消息发送者）立即就可以达到另一端（消息接收者），这种方式的具体实现就是RPC（当然单纯的http通讯也满足这个定义）；另一种方式称为延迟消息通讯，即消息从某一端发出后，首先进入一个容器进行临时存储，当达到某种条件后，再由这个容器发送给另一端。这个容器的一种具体实现就是消息队列。

二、消息队列的应用场景

以下介绍消息队列在实际应用中常用的使用场景。异步处理，应用解耦，流量削锋和消息通讯四个场景。

2.1、异步处理

场景说明：用户注册后，需要发注册邮件和注册短信。传统的做法有两种1.串行的方式；2.并行方式。
（1）串行方式：将注册信息写入数据库成功后，发送注册邮件，再发送注册短信。以上三个任务全部完成后，返回给客户端。

（2）并行方式：将注册信息写入数据库成功后，发送注册邮件的同时，发送注册短信。以上三个任务完成后，返回给客户端。与串行的差别是，并行的方式可以提高处理的时间。

假设三个业务节点每个使用50毫秒钟，不考虑网络等其他开销，则串行方式的时间是150毫秒，并行的时间可能是100毫秒。
因为CPU在单位时间内处理的请求数是一定的，假设CPU1秒内吞吐量是100次。则串行方式1秒内CPU可处理的请求量是7次（1000/150）。并行方式处理的请求量是10次（1000/100）。
小结：如以上案例描述，传统的方式系统的性能（并发量，吞吐量，响应时间）会有瓶颈。如何解决这个问题呢？

引入消息队列，将不是必须的业务逻辑，异步处理。改造后的架构如下：

按照以上约定，用户的响应时间相当于是注册信息写入数据库的时间，也就是50毫秒。注册邮件，发送短信写入消息队列后，直接返回，因此写入消息队列的速度很快，基本可以忽略，因此用户的响应时间可能是50毫秒。因此架构改变后，系统的吞吐量提高到每秒20 QPS。比串行提高了3倍，比并行提高了两倍。

2.2、应用解耦

场景说明：用户下单后，订单系统需要通知库存系统。传统的做法是，订单系统调用库存系统的接口。如下图：

传统模式的缺点：
1）假如库存系统无法访问，则订单减库存将失败，从而导致订单失败；
2）订单系统与库存系统耦合；
如何解决以上问题呢？引入应用消息队列后的方案，如下图：

订单系统：用户下单后，订单系统完成持久化处理，将消息写入消息队列，返回用户订单下单成功。
库存系统：订阅下单的消息，采用拉/推的方式，获取下单信息，库存系统根据下单信息，进行库存操作。
假如：在下单时库存系统不能正常使用。也不影响正常下单，因为下单后，订单系统写入消息队列就不再关心其他的后续操作了。实现订单系统与库存系统的应用解耦。

2.3、流量削锋

流量削锋也是消息队列中的常用场景，一般在秒杀或团抢活动中使用广泛。
应用场景：秒杀活动，一般会因为流量过大，导致流量暴增，应用挂掉。为解决这个问题，一般需要在应用前端加入消息队列。
1、可以控制活动的人数；
2、可以缓解短时间内高流量压垮应用；

1.、用户的请求，服务器接收后，首先写入消息队列。假如消息队列长度超过最大数量，则直接抛弃用户请求或跳转到错误页面；
2、秒杀业务根据消息队列中的请求信息，再做后续处理。

2.4、日志处理

日志处理是指将消息队列用在日志处理中，比如Kafka的应用，解决大量日志传输的问题。架构简化如下：

日志采集客户端，负责日志数据采集，定时写受写入Kafka队列；
Kafka消息队列，负责日志数据的接收，存储和转发；
日志处理应用：订阅并消费kafka队列中的日志数据；

以下是新浪kafka日志处理应用案例：

(1)Kafka：接收用户日志的消息队列。
(2)Logstash：做日志解析，统一成JSON输出给Elasticsearch。
(3)Elasticsearch：实时日志分析服务的核心技术，一个schemaless，实时的数据存储服务，通过index组织数据，兼具强大的搜索和统计功能。
(4)Kibana：基于Elasticsearch的数据可视化组件，超强的数据可视化能力是众多公司选择ELK stack的重要原因。

三、消息模式

它有两种消息模式:点对点模式和发布订阅模式

3.1、点对点模式

点对点模式包含三个角色：消息队列（Queue），发送者(Sender)，接收者(Receiver)。每个消息都被发送到一个特定的队列，接收者从队列中获取消息。队列保留着消息，直到他们被消费或超时。

点对点的特点

每个消息只有一个消费者（Consumer）(即一旦被消费，消息就不再在消息队列中)
发送者和接收者之间在时间上没有依赖性，也就是说当发送者发送了消息之后，不管接收者有没有正在运行，它不会影响到消息被发送到队列
接收者在成功接收消息之后需向队列应答成功

如果希望发送的每个消息都会被成功处理的话，那么需要P2P模式。

3.2、发布订阅模式

包含三个角色：主题（Topic），发布者（Publisher），订阅者（Subscriber）。多个发布者将消息发送到Topic,系统将这些消息传递给多个订阅者。

Pub/Sub的特点
1、每个消息可以有多个消费者
2.、发布者和订阅者之间有时间上的依赖性。针对某个主题（Topic）的订阅者，它必须创建一个订阅者之后，才能消费发布者的消息。
3、为了消费消息，订阅者必须保持运行的状态。

为了缓和这样严格的时间相关性，JMS允许订阅者创建一个可持久化的订阅。这样，即使订阅者没有被激活（运行），它也能接收到发布者的消息。
如果希望发送的消息可以不被做任何处理、或者只被一个消息者处理、或者可以被多个消费者处理的话，那么可以采用Pub/Sub模型。

四、理解JMS

1、什么是JMS？

JMS即Java消息服务（Java Message Service）应用程序接口，API是一个消息服务的标准或者说是规范，允许应用程序组件基于JavaEE平台创建、发送、接收和读取消息。它使分布式通信耦合度更低，消息服务更加可靠以及异步性。我们可以简单的理解：两个应用程序之间需要进行通信，我们使用一个JMS服务，进行中间的转发，通过JMS 的使用，我们可以解除两个程序之间的耦合。
JMS不是消息队列，更不是某种消息队列协议。JMS是Java消息服务接口，是一套规范的JAVA API 接口。这套规范接口由SUN提出，并在2002年发布JMS规范的Version 1.1版本。JMS和消息中间件厂商无关，既然是一套接口规范，就代表这它需要各个厂商进行实现。好消息是，大部分消息中间件产品都支持JMS 接口规范。也就是说，您可以使用JMS API来连接Stomp协议的产品（例如ActiveMQ）。就像您可以使用JDBC API来连接ORACLE或者MYSQL一样。

2、JMS的消息模型

JMS具有两种通信模式：（点对点）和（发布/订阅模式）

3、JMS中消息的产生和消费

在JMS中，消息的产生和消息是异步的。对于消费来说，JMS的消息者可以通过两种方式来消费消息。

同步：订阅者或接收者调用receive方法来接收消息，receive方法在能够接收到消息之前（或超时之前）将一直阻塞
异步：订阅者或接收者可以注册为一个消息监听器。当消息到达之后，系统自动调用监听器的onMessage方法。

4、对象模型

(1)ConnectionFactory
创建Connection对象的工厂，针对两种不同的jms消息模型，分别有QueueConnectionFactory和TopicConnectionFactory两种。可以通过JNDI来查找ConnectionFactory对象。

(2) Destination
Destination的意思是消息生产者的消息发送目标或者说消息消费者的消息来源。对于消息生产者来说，它的Destination是某个队列（Queue）或某个主题（Topic）;对于消息消费者来说，它的Destination也是某个队列或主题（即消息来源）。所以，Destination实际上就是两种类型的对象：Queue、Topic。可以通过JNDI来查找Destination。

(3)Connection
Connection表示在客户端和JMS系统之间建立的链接（对TCP/IP socket的包装）。Connection可以产生一个或多个Session。跟ConnectionFactory一样，Connection也有两种类型：QueueConnection和TopicConnection。

(4) Session
Session是我们操作消息的接口。可以通过session创建生产者、消费者、消息等。Session提供了事务的功能。当我们需要使用session发送/接收多个消息时，可以将这些发送/接收动作放到一个事务中。同样，也分QueueSession和TopicSession。

(5) 消息的生产者
消息生产者由Session创建，并用于将消息发送到Destination。同样，消息生产者分两种类型：QueueSender和TopicPublisher。可以调用消息生产者的方法（send或publish方法）发送消息。

(6) 消息消费者
消息消费者由Session创建，用于接收被发送到Destination的消息。两种类型：QueueReceiver和TopicSubscriber。可分别通过session的createReceiver(Queue)或createSubscriber(Topic)来创建。当然，也可以session的creatDurableSubscriber方法来创建持久化的订阅者。

(7) MessageListener
消息监听器。如果注册了消息监听器，一旦消息到达，将自动调用监听器的onMessage方法。EJB中的MDB（Message-Driven Bean）就是一种MessageListener。

5、消息的组成

Message主要由三部分组成，分别是Header,Properties和Body, 解释如下：

Header: 消息头，所有类型的这部分格式都是一样的
Properties: 属性，按类型可以分为应用设置的属性，标准属性和消息中间件定义的属性
Body: 消息正文，指我们具体需要消息传输的内容。

消息头：

序号	属性名称	说明	设置者
1	JMSDestination	消息发送的目的地，是一个Topic或Queue	send
2	JMSDeliveryMode	消息的发送模式，分为NON_PERSISTENT和PERSISTENT，即持久化的和非持久化的	send
3	JMSMessageID	消息ID，需要以ID:开头	send
4	JMSTimestamp	消息发送时的时间，也可以理解为调用send()方法时的时间，而不是该消息发送完成的时间	send
5	JMSCorrelationID	关联的消息ID，这个通常用在需要回传消息的时候	client
6	JMSReplyTo	消息回复的目的地，其值为一个Topic或Queue, 这个由发送者设置，但是接收者可以决定是否响应	client
7	JMSRedelivered	消息是否重复发送过，如果该消息之前发送过，那么这个属性的值需要被设置为true, 客户端可以根据这个属性的值来确认这个消息是否重复发送过，以避免重复处理。	Provider
8	JMSType	由消息发送者设置的个消息类型，代表消息的结构，有的消息中间件可能会用到这个，但这个并不是是批消息的种类，比如TextMessage之类的	client
9	JMSExpiration	消息的过期时间，以毫秒为单位，根据定义，它应该是timeToLive的值再加上发送时的GMT时间，也就是说这个指的是过期时间，而不是有效期	send
10	JMSPriority	消息的优先级,0-4为普通的优化级，而5-9为高优先级，通常情况下，高优化级的消息需要优先发送	send

消息属性：
消息属性的主要作用是可以对头信息进行一个额外的补充，毕竟消息头信息一是有限，二是很多不能由应用程序设定。通常，消息属性可以用在消息选择器的表达式里，结合起来实现对消息的过滤。消息属性的值只能是基本的类型，或者这些基本类型对应的包装类型。也就是说，不能将一个自定义的对象作为属性值。通常情况下，如果能够放在body里的内容，就不必放在消息属性里。

消息体：
为了适应不同场景下的消息，提高消息存储的灵活性，JMS定义了几种具体类型的消息，不同的子类型的消息体也不一样，需要注意的是，Message接口并没有提供一个统一的getBody之类的方法。消息子接口定义如下。

1）TextMessage: 最简单的消息接口，用于发送文本类的消息，设置/获取其body的方法定义如下setText()/getText().
2）StreamMessage: 流式消息接口，里面定义了一系列的对基本类型的set/get方法，消息发送者可以通过这些方法写入基本类型的数据，消息接收者需要按发送者的写入顺序来读取相应的数据。
3）MapMessage：把消息内容存储在Map里，本接口定义了一系列对基本类型的的set/get方法，与StreamMessage不同的是，每个值都对应了一个相应的key，所以消息接收者不必按顺序去读取数据。
4）ObjectMessage: 将对象作为消息的接口，提供了一个set/get 对象的方法，需要注意的是只能设置一个对象，这个对象可以是一个Collection，但必须是序列化的。
5）BytesMessage:以字节的形式来传递消息的接口，除了提供了对基本类型的set/get，还提供了按字节方式进行set/get。