关于MQ面试的几件小事 | 如何保证消息队列高可用和幂等

Posted 2021-04-26 Flink

导读：

【关于MQ面试的几件小事】是一系列的关于Mq的面试题，已经更新：

1.RabbitMQ的高可用

RabbitMQ基于主从模式实现高可用。RabbitMQ有三种模式：单机模式，普通集群模式，镜像集群模式。
（1）单机模式：
单机模式就是demo级别的，生产中不会有人使用。
（2）普通集群模式
普通集群模式就是在多台机器上启动多个rabbitmq实例，每个机器启动一个。但是创建的queue只会放在一个rabbitmq实例上面，但是其他的实例都同步了这个queue的元数据。在你消费的时候，如果连接到了另一个实例，他会从拥有queue的那个实例获取消息然后再返回给你。

普通集群模式示意图

这种方式并没有做到所谓消息的高可用，就是个普通的集群，这样还会导致要么消费者每次随机连接一个实例然后拉取数据，这样的话在实例之间会产生网络传输，增加系统开销，要么固定连接那个queue所在的实例消费，这样会导致单实例的性能瓶颈。

而且如果那个方queue的实例宕机了，会导致接下来其他实例都无法拉取数据；如果没有开启消息的持久化会丢失消息；就算开启了消息的持久化，消息不一定会丢，但是也要等这个实例恢复了，才可以继续拉取数据。
所以这个并没有提供高可用，这种方案只是提高了吞吐量，也就是让集群中多个节点来服务某个queue的读写操作。
（3）镜像集群模式
这种模式，才是rabbitmq提供是真正的高可用模式，跟普通集群不一样的是，你创建的queue，无论元数据还是queue里面是消息数据都存在多个实例当中，然后每次写消息到queue的时候，都会自动把消息到多个queue里进行消息同步。

镜像集群模式示意图

这种模式的好处在于，任何一台机器宕机了，其他的机器还可以使用。
坏处在于：1、性能消耗太大，所有机器都要进行消息的同步，导致网络压力和消耗很大。2、没有扩展性可言，如果有一个queue负载很重，就算加了机器，新增的机器还是包含了这个queue的所有数据，并没有办法扩展queue。
如何开启镜像集群模式：在控制台新增一个镜像集群模式的策略，指定的时候可以要求数据同步到所有节点，也可以要求同步到指定节点，然后在创建queue的时候，应用这个策略，就会自动将数据同步到其他的节点上面去了。

2.Kafka的高可用

（1）kafka的一个基本架构：多个broker组成，一个broker是一个节点；你创建一个topic，这个topic可以划分成多个partition，每个partition可以存在于不同的broker上面，每个partition存放一部分数据。这是天然的分布式消息队列。

实际上rabbitmq并不是分布式消息队列，他就是传统的消息队列，只不过提供了一些集群、HA的机制而已，因为无论如何配置，rabbitmq一个queue的数据就存放在一个节点里面，镜像集群下，也是每个节点都放这个queue的全部数据。

kafka在0.8以前是没有HA机制的，也就是说任何一个broker宕机了，那个broker上的partition就丢了，没法读也没法写，没有什么高可用可言。

kafka在0.8之后，提过了HA机制，也就是replica副本机制。每个partition的数据都会同步到其他机器上，形成自己的replica副本。然后所有的replica副本会选举一个leader出来，那么生产者消费者都和这个leader打交道，其他的replica就是follower。写的时候，leader会把数据同步到所有follower上面去，读的时候直接从leader上面读取即可。
为什么只能读写leader：因为要是你可以随意去读写每个follower，那么就要关心数据一致性问题，系统复杂度太高，容易出问题。kafka会均匀度讲一个partition的所有数据replica分布在不同的机器上，这样就可以提高容错性。
这样就是高可用了，因为如果某个broker宕机 了，没事儿，那个broker的partition在其他机器上有副本，如果这上面有某个partition的leader，那么此时会重新选举出一个现代leader出来，继续读写这个新的leader即可。

kafka高可用架构示意图

写消息： 写数据的时候，生产者就写leader，然后leader将数据落到磁盘上之后，接着其他follower自己主动从leader来pull数据。一旦所有follower同步好了数据，就会发送ack个leader，leader收到了所有的follower的ack之后，就会返回写成功的消息给消息生产者。（这只是一种模式，可以调整）。
读数据:消费数据的时候，只会从leader进行消费。但是只有一个消息已经被所有follower都同步成功返回ack的时候，这个消息才会被消费者读到。

3. MQ的幂等性

幂等（idempotent、idempotence）是一个数学与计算机学概念，常见于抽象代数中。
在编程中一个幂等操作的特点是其任意多次执行所产生的影响均与一次执行的影响相同。幂等函数，或幂等方法，是指可以使用相同参数重复执行，并能获得相同结果的函数。这些函数不会影响系统状态，也不用担心重复执行会对系统造成改变。例如，“setTrue()”函数就是一个幂等函数,无论多次执行，其结果都是一样的.更复杂的操作幂等保证是利用唯一交易号(流水号)实现.

简单来说，幂等性就是一个数据或者一个请求，给你重复来了多次，你得确保对应的数据是不会改变的，不能出错。

4.出现重复消费场景

（1）首先，比如rabbitmq、rocketmq、kafka，都有可能会出现消息重复消费的问题。因为这个问题通常不是由mq来保证的，而是消费方自己来保证的。
（2）举例kafka来说明重复消费问题
kafka有一个叫做offset的概念，就是每个消息写进去，都有一个offset代表他的序号，然后consumer消费了数据之后，每隔一段时间，会把自己消费过的消息的offset提交一下，代表我已经消费过了，下次就算重启，kafka就会让消费者从上次消费到的offset来继续消费。

但是万事总有例外，如果consumer消费了数据，还没来得及发送自己已经消费的消息的offset就挂了，那么重启之后就会收到重复的数据。

kafka重复消费示意图

5.保证幂等性(重复消费)

要保证消息的幂等性，这个要结合业务的类型来进行处理。下面提供几个思路供参考：
（1）可在内存中维护一个set，只要从消息队列里面获取到一个消息，先查询这个消息在不在set里面，如果在表示已消费过，直接丢弃；如果不在，则在消费后将其加入set当中。
（2）如何要写数据库，可以拿唯一键先去数据库查询一下，如果不存在在写，如果存在直接更新或者丢弃消息。
（3）如果是写redis那没有问题，每次都是set，天然的幂等性。
（4）让生产者发送消息时，每条消息加一个全局的唯一id，然后消费时，将该id保存到redis里面。消费时先去redis里面查一下有么有，没有再消费。
（5）数据库操作可以设置唯一键，防止重复数据的插入，这样插入只会报错而不会插入重复数据。

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