RabbitMQ之消息可靠性死信交换机惰性队列及集群
Posted Henrik-Yao
tags:
篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了RabbitMQ之消息可靠性死信交换机惰性队列及集群相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
文章目录
MQ的一些常见问题
- 消息可靠性问题:如何确保发送的消息至少被消费一次
- 延迟消息问题:如何实现消息的延迟投递
- 高可用问题:如何避免单点的MQ故障而导致的不可用问题
- 消息堆积问题:如何解决数百万消息堆积,无法及时消费的问题
一.消息可靠性
消息可靠性问题
- 发送时丢失:
生产者发送的消息未送达exchange
消息到达exchange后未到达queue - MQ宕机,queue将消息丢失
- consumer接收到消息后未消费就宕机
1.生产者消息确认
RabbitMQ提供了publisher confirm机制来避免消息发送到MQ过程中丢失。消息发送到MQ以后,会返回一个结果给发送者,表示消息是否处理成功。结果有两种请求:
- publisher-confirm,发送者确认
消息成功投递到交换机,返回ack
消息未投递到交换机,返回nack - publisher-return,发送者回执
消息投递到交换机了,但是没有路由到队列。返回ACK,及路由失败原因
确认机制发送消息时,需要给每个消息设置一个全局唯一id,以区分不同消息,避免ack冲突
SpringAMQP实现生产者确认
在publisher微服务的application.yml中添加配置:
spring:
rabbitmq:
publisher-confirm-type: correlated
publisher-returns: true
template:
mandatory: true
配置说明:
- publish-confirm-type:开启publisher-confirm,这里支持两种类型:
simple:同步等待confirm结果,直到超时
correlated:异步回调,定义ConfirmCallback,MQ返回结果时会回调这个ConfirmCallback - publish-returns:开启publish-return功能,同样是基于callback机制,不过是定义ReturnCallback
- template.mandatory:定义消息路由失败时的策略。true,则调用ReturnCallback;false:则直接丢弃消息
每个RabbitTemplate只能配置一个ReturnCallback,因此需要在项目启动过程中配置:
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.amqp.rabbit.core.RabbitTemplate;
import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.ApplicationContextAware;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Slf4j
@Configuration
public class CommonConfig implements ApplicationContextAware
@Override
public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException
// 获取RabbitTemplate
RabbitTemplate rabbitTemplate = applicationContext.getBean(RabbitTemplate.class);
// 设置ReturnCallback
rabbitTemplate.setReturnCallback((message, replyCode, replyText, exchange, routingKey) ->
// 投递失败,记录日志
log.info("消息发送失败,应答码,原因,交换机,路由键,消息",
replyCode, replyText, exchange, routingKey, message.toString());
// 如果有业务需要,可以重发消息
);
ConfirmCallback可以在发送消息时指定,因为每个业务处理confirm成功或失败的逻辑不一定相同
public void testSendMessage2SimpleQueue() throws InterruptedException
// 1.消息体
String message = "hello, spring amqp!";
// 2.全局唯一的消息ID,需要封装到CorrelationData中
CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());
// 3.添加callback
correlationData.getFuture().addCallback(
result ->
if(result.isAck())
// 3.1.ack,消息成功
log.debug("消息发送成功, ID:", correlationData.getId());
else
// 3.2.nack,消息失败
log.error("消息发送失败, ID:, 原因",correlationData.getId(), result.getReason());
,
ex -> log.error("消息发送异常, ID:, 原因",correlationData.getId(),ex.getMessage())
);
// 4.发送消息
rabbitTemplate.convertAndSend("task.direct", "task", message, correlationData);
// 休眠一会儿,等待ack回执
Thread.sleep(2000);
2.消息持久化
默认情况下,交换机、队列、消息都是持久化的
MQ默认是内存存储消息,开启持久化功能可以确保缓存在MQ中的消息不丢失
交换机持久化:
@Bean
public DirectExchange simpleExchange()
// 三个参数:交换机名称、是否持久化、当没有queue与其绑定时是否自动删除
return new DirectExchange("simple.direct", true, false);
队列持久化:
@Bean
public Queue simpleQueue()
// 使用QueueBuilder构建队列,durable就是持久化的
return QueueBuilder.durable("simple.queue").build();
消息持久化,SpringAMQP中的的消息默认是持久的,可以通过MessageProperties中的DeliveryMode来指定的:
Message msg = MessageBuilder
.withBody(message.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)) // 消息体
.setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.PERSISTENT) // 持久化
.build();
3.消费者消息确认
RabbitMQ支持消费者确认机制,即:消费者处理消息后可以向MQ发送ack回执,MQ收到ack回执后才会删除该消息。而SpringAMQP则允许配置三种确认模式:
- manual:手动ack,需要在业务代码结束后,调用api发送ack。
- auto:自动ack,由spring监测listener代码是否出现异常,没有异常则返回ack;抛出异常则返回nack
- none:关闭ack,MQ假定消费者获取消息后会成功处理,因此消息投递后立即被删除
配置方式是修改application.yml文件,添加下面配置:
修改consumer服务的application.yml文件,添加下面内容:
spring:
rabbitmq:
listener:
simple:
acknowledge-mode: none # 关闭ack
4.消费失败重试机制
当消费者出现异常后,消息会不断requeue(重入队)到队列,再重新发送给消费者,然后再次异常,再次requeue,无限循环,导致mq的消息处理飙升,带来不必要的压力
可以利用Spring的retry机制,在消费者出现异常时利用本地重试,而不是无限制的requeue到mq队列
修改consumer服务的application.yml文件,添加内容:
spring:
rabbitmq:
listener:
simple:
retry:
enabled: true # 开启消费者失败重试
initial-interval: 1000 # 初识的失败等待时长为1秒
multiplier: 1 # 失败的等待时长倍数,下次等待时长 = multiplier * last-interval
max-attempts: 3 # 最大重试次数
stateless: true # true无状态;false有状态。如果业务中包含事务,这里改为false
重启consumer服务,重复之前的测试。可以发现:
- 在重试3次后,SpringAMQP会抛出异常AmqpRejectAndDontRequeueException,说明本地重试触发了
- 查看RabbitMQ控制台,发现消息被删除了,说明最后SpringAMQP返回的是ack,mq删除消息了
消费者失败消息处理策略
在开启重试模式后,重试次数耗尽,如果消息依然失败,则需要有MessageRecoverer接口来处理,它包含三种不同的实现:
- RejectAndDontRequeueRecoverer:重试耗尽后,直接reject,丢弃消息。默认就是这种方式
- ImmediateRequeueMessageRecoverer:重试耗尽后,返回nack,消息重新入队
- RepublishMessageRecoverer:重试耗尽后,将失败消息投递到指定的交换机
比较优雅的一种处理方案是RepublishMessageRecoverer,失败后将消息投递到一个指定的,专门存放异常消息的队列,后续由人工集中处理
1)在consumer服务中定义处理失败消息的交换机和队列
@Bean
public DirectExchange errorMessageExchange()
return new DirectExchange("error.direct");
@Bean
public Queue errorQueue()
return new Queue("error.queue", true);
@Bean
public Binding errorBinding(Queue errorQueue, DirectExchange errorMessageExchange)
return BindingBuilder.bind(errorQueue).to(errorMessageExchange).with("error");
2)定义一个RepublishMessageRecoverer,关联队列和交换机
@Bean
public MessageRecoverer republishMessageRecoverer(RabbitTemplate rabbitTemplate)
return new RepublishMessageRecoverer(rabbitTemplate, "error.direct", "error");
如何确保RabbitMQ消息的可靠性?
- 开启生产者确认机制,确保生产者的消息能到达队列
- 开启持久化功能,确保消息未消费前在队列中不会丢失
- 开启消费者确认机制为auto,由spring确认消息处理成功后完成ack
- 开启消费者失败重试机制,并设置MessageRecoverer,多次重试失败后将消息投递到异常交换机,交由人工处理
二.死信交换机
1.死信
当一个队列中的消息满足下列情况之一时,可以成为死信(dead letter):
- 消费者使用basic.reject或 basic.nack声明消费失败,并且消息的requeue参数设置为false
- 消息是一个过期消息,超时无人消费
- 要投递的队列消息满了,无法投递
如果这个包含死信的队列配置了dead-letter-exchange
属性,指定了一个交换机,那么队列中的死信就会投递到这个交换机中,而这个交换机称为死信交换机(Dead Letter Exchange,检查DLX)
2.TTL
TTL,也就是Time-To-Live。如果一个队列中的消息TTL结束仍未消费,则会变为死信,ttl超时分为两种情况:
- 消息所在的队列设置了存活时间
- 消息本身设置了存活时间
接收超时死信的死信交换机
在consumer服务的SpringRabbitListener中,定义一个新的消费者,并且声明 死信交换机、死信队列:
@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
value = @Queue(name = "dl.ttl.queue", durable = "true"),
exchange = @Exchange(name = "dl.ttl.direct"),
key = "ttl"
))
public void listenDlQueue(String msg)
log.info("接收到 dl.ttl.queue的延迟消息:", msg);
声明一个队列,并且指定TTL
要给队列设置超时时间,需要在声明队列时配置x-message-ttl属性:
@Bean
public Queue ttlQueue()
return QueueBuilder.durable("ttl.queue") // 指定队列名称,并持久化
.ttl(10000) // 设置队列的超时时间,10秒
.deadLetterExchange("dl.ttl.direct") // 指定死信交换机
.build();
注意,这个队列设定了死信交换机为dl.ttl.direct
声明交换机,将ttl与交换机绑定:
@Bean
public DirectExchange ttlExchange()
return new DirectExchange("ttl.direct");
@Bean
public Binding ttlBinding()
return BindingBuilder.bind(ttlQueue()).to(ttlExchange()).with("ttl");
发送消息,但是不指定TTL:
@Test
public void testTTLQueue()
// 创建消息
String message = "hello, ttl queue";
// 消息ID,需要封装到CorrelationData中
CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());
// 发送消息
rabbitTemplate.convertAndSend("ttl.direct", "ttl", message, correlationData);
// 记录日志
log.debug("发送消息成功");
发送消息的日志:
查看下接收消息的日志:
因为队列的TTL值是10000ms,也就是10秒。可以看到消息发送与接收之间的时差刚好是10秒。
发送消息时,设定TTL
在发送消息时,也可以指定TTL:
@Test
public void testTTLMsg()
// 创建消息
Message message = MessageBuilder
.withBody("hello, ttl message".getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
.setExpiration("5000")
.build();
// 消息ID,需要封装到CorrelationData中
CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());
// 发送消息
rabbitTemplate.convertAndSend("ttl.direct", "ttl", message, correlationData);
log.debug("发送消息成功");
查看发送消息日志:
接收消息日志:
)]
这次,发送与接收的延迟只有5秒。说明当队列、消息都设置了TTL时,任意一个到期就会成为死信
消息超时的两种方式
- 给队列设置ttl属性,进入队列后超过ttl时间的消息变为死信
- 给消息设置ttl属性,队列接收到消息超过ttl时间后变为死信
3.延迟队列
利用TTL结合死信交换机,可以实现了消息发出后,消费者延迟收到消息的效果。这种消息模式就称为延迟队列(Delay Queue)模式
延迟队列的使用场景包括:
- 延迟发送短信
- 用户下单,如果用户在15 分钟内未支付,则自动取消
- 预约工作会议,20分钟后自动通知所有参会人员
因为延迟队列的需求非常多,所以RabbitMQ的官方也推出了一个插件,原生支持延迟队列效果
安装延迟队列插件
官方的安装指南地址为:https://blog.rabbitmq.com/posts/2015/04/scheduling-messages-with-rabbitmq
上述文档是基于linux原生安装RabbitMQ,然后安装插件
下面是基于Docker来安装RabbitMQ插件
执行下面的命令来运行MQ容器,注意需要将plugins挂载出去:
docker run \\
-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=henrik \\
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \\
-v mq-plugins:/plugins \\
--name mq \\
--hostname mq1 \\
-p 15672:15672 \\
-p 5672:5672 \\
-d \\
rabbitmq:3.8-management
RabbitMQ有一个官方的插件社区,地址为:https://www.rabbitmq.com/community-plugins.html
其中包含各种各样的插件,包括DelayExchange插件
下载对应版本后放到插件目录
安装插件需要进入MQ容器内部来执行安装。我的容器名为mq
,所以执行下面命令:
docker exec -it mq bash
执行时,请将其中的 -it
后面的mq
替换为你自己的容器名.
进入容器内部后,执行下面命令开启插件:
rabbitmq-plugins enable rabbitmq_delayed_message_exchange
SpringAMQP使用延迟队列插件
elayExchange的本质还是官方的三种交换机,只是添加了延迟功能。因此使用时只需要声明一个交换机,交换机的类型可以是任意类型,然后设定delayed属性为true即可
然后向这个delay为true的交换机中发送消息,一定要给消息添加一个header:x-delay,值为延迟的时间,单位为毫秒
三.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。之后发送的消息就会成为死信,可能会被丢弃,这就是消息堆积问题
解决消息堆积有三种种思路:
- 增加更多消费者,提高消费速度
- 在消费者内开启线程池加快消息处理速度
- 扩大队列容积,提高堆积上限
2.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
惰性队列的特征如下:
- 接收到消息后直接存入磁盘而非内存
- 消费者要消费消息时才会从磁盘中读取并加载到内存
- 支持数百万条的消息存储
而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。可以通过命令行将一个运行中的队列修改为惰性队列:
rabbitmqctl set_policy Lazy "^lazy-queue$" '"queue-mode":"lazy"' --apply-to queues
命令解读:
rabbitmqctl
:RabbitMQ的命令行工具set_policy
:添加一个策略Lazy
:策略名称,可以自定义"^lazy-queue$"
:用正则表达式匹配队列的名字'"queue-mode":"lazy"'
:设置队列模式为lazy模式--apply-to queues
:策略的作用对象,是所有的队列
用SpringAMQP声明惰性队列分两种方式:
-
@Bean的方式:
-
注解方式:
消息堆积问题的解决方案
- 队列上绑定多个消费者,提高消费速度
- 使用惰性队列,可以再mq中保存更多消息
惰性队列的优点
- 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
惰性队列的缺点
- 基于磁盘存储,消息时效性会降低
- 性能受限于磁盘的IO
四.MQ集群
1.集群分类
RabbitMQ的是基于Erlang语言编写,而Erlang又是一个面向并发的语言,天然支持集群模式。RabbitMQ的集群有两种模式:
•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
•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
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。因此在RabbitMQ的3.8版本以后,推出了新的功能:仲裁队列来代替镜像集群,底层采用Raft协议确保主从的数据一致性
2.普通集群
集群结构和特征
普通集群,或者叫标准集群(classic cluster),具备下列特征:
- 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。
- 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
- 队列所在节点宕机,队列中的消息就会丢失
结构如图:
部署
在RabbitMQ的官方文档中,讲述了两种集群的配置方式:
- 普通模式:普通模式集群不进行数据同步,每个MQ都有自己的队列、数据信息(其它元数据信息如交换机等会同步)。例如我们有2个MQ:mq1,和mq2,如果你的消息在mq1,而你连接到了mq2,那么mq2会去mq1拉取消息,然后返回给你。如果mq1宕机,消息就会丢失。
- 镜像模式:与普通模式不同,队列会在各个mq的镜像节点之间同步,因此你连接到任何一个镜像节点,均可获取到消息。而且如果一个节点宕机,并不会导致数据丢失。不过,这种方式增加了数据同步的带宽消耗。
部署3节点的普通模式集群
主机名 | 控制台端口 | amqp通信端口 |
---|---|---|
mq1 | 8081 —> 15672 | 8071 —> 5672 |
mq2 | 8082 —> 15672 | 8072 —> 5672 |
mq3 | 8083 —> 15672 | 8073 —> 5672 |
集群中的节点标示默认都是:rabbit@[hostname]
,因此以上三个节点的名称分别为:
- rabbit@mq1
- rabbit@mq2
- rabbit@mq3
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。
在之前启动的mq容器中获取一个cookie值,作为集群的cookie。执行下面的命令:
docker exec -it mq cat /var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie
可以看到cookie值如下:
FXZMCVGLBIXZCDEMMVZQ
接下来,停止并删除当前的mq容器,我们重新搭建集群。
docker rm -f mq
powershell
在/tmp目录新建一个配置文件 rabbitmq.conf:
cd /tmp
# 创建文件
touch rabbitmq.conf
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
再创建一个文件,记录cookie
cd /tmp
# 创建cookie文件
touch .erlang.cookie
# 写入cookie
echo "FXZMCVGLBIXZCDEMMVZQ" > .erlang.cookie
# 修改cookie文件的权限
chmod 600 .erlang.cookie
准备三个目录,mq1、mq2、mq3:
cd /tmp
# 创建目录
mkdir mq1 mq2 mq3
然后拷贝rabbitmq.conf、cookie文件到mq1、mq2、mq3:
# 进入/tmp
cd /tmp
# 拷贝
cp rabbitmq.conf mq1
cp rabbitmq.conf mq2
cp rabbitmq.conf mq3
cp .erlang.cookie mq1
cp .erlang.cookie mq2
cp .erlang.cookie mq3
启动集群
创建一个网络:
docker network create mq-net
docker volume create
运行命令
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=henrik \\
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \\
--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=henrik \\
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \\
--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=henrik \\
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \\
--name mq3 \\
--hostname mq3 \\
-p 8073:5672 \\
-p 8083:15672 \\
rabbitmq:3.8-management
3.镜像集群
镜像集群:本质是主从模式,具备下面的特征:
- 交换机、队列、队列中的消息会在各个mq的镜像节点之间同步备份。
- 创建队列的节点被称为该队列的主节点,备份到的其它节点叫做该队列的镜像节点。
- 一个队列的主节点可能是另一个队列的镜像节点
- 所有操作都是主节点完成,然后同步给镜像节点
- 主宕机后,镜像节点会替代成新的主
结构如图:
镜像模式的特征
默认情况下,队列只保存在创建该队列的节点上。而镜像模式下,创建队列的节点被称为该队列的主节点,队列还会拷贝到集群中的其它节点,也叫做该队列的镜像节点
但是,不同队列可以在集群中的任意节点上创建,因此不同队列的主节点可以不同。甚至,一个队列的主节点可能是另一个队列的镜像节点
用户发送给队列的一切请求,例如发送消息、消息回执默认都会在主节点完成,如果是从节点接收到请求,也会路由到主节点去完成。镜像节点仅仅起到备份数据作用
当主节点接收到消费者的ACK时,所有镜像都会删除节点中的数据。
总结如下:
- 镜像队列结构是一主多从(从就是镜像)
- 所有操作都是主节点完成,然后同步给镜像节点
- 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)
- 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)
镜像模式的配置
镜像模式的配置有3种模式:
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 以上是关于RabbitMQ之消息可靠性死信交换机惰性队列及集群的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章 RRabbitMQ05_消息可靠性投递ACK限流处理TTL队列死信交换机延迟队列 RabbitMq高级特性之死信队列 通俗易懂 超详细 内含案例 |