1 RocketMQ简介

Posted 2021-09-07 java1234_小锋

简介

RocketMQ是由阿里捐赠给Apache的一款低延迟、高并发、高可用、高可靠的分布式消息中间件。经历了淘宝双十一的洗礼。RocketMQ既可为分布式应用系统提供异步解耦和削峰填谷的能力，同时也具备互联网应用所需的海量消息堆积、高吞吐、可靠重试等特性。

官方文档：https://rocketmq.apache.org/docs/quick-start/

github中文主页：https://github.com/apache/rocketmq/tree/master/docs/cn

核心概念

• Topic：消息主题，一级消息类型，生产者向其发送消息。
• Message：生产者向Topic发送并最终传送给消费者的数据消息的载体。
• 消息属性：生产者可以为消息定义的属性，包含Message Key和Tag。
• Message Key：消息的业务标识，由消息生产者（Producer）设置，唯一标识某个业务逻辑。
• Message ID：消息的全局唯一标识，由消息队列RocketMQ系统自动生成，唯一标识某条消息。
• Tag：消息标签，二级消息类型，用来进一步区分某个Topic下的消息分类
• Producer：也称为消息发布者，负责生产并发送消息至Topic。
• Consumer：也称为消息订阅者，负责从Topic接收并消费消息。
• 分区：即Topic Partition，物理上的概念。每个Topic包含一个或多个分区。
• 消费位点：每个Topic会有多个分区，每个分区会统计当前消息的总条数，这个称为最大位点MaxOffset；分区的起始位置对应的位置叫做起始位点MinOffset。
• Group：一类生产者或消费者，这类生产者或消费者通常生产或消费同一类消息，且消息发布或订阅的逻辑一致。
• Group ID：Group的标识。
• 队列：个Topic下会由一到多个队列来存储消息。
• Exactly-Once投递语义：Exactly-Once投递语义是指发送到消息系统的消息只能被Consumer处理且仅处理一次，即使Producer重试消息发送导致某消息重复投递，该消息在Consumer也只被消费一次。
• 集群消费：一个Group ID所标识的所有Consumer平均分摊消费消息。例如某个Topic有9条消息，一个Group ID有3个Consumer实例，那么在集群消费模式下每个实例平均分摊，只消费其中的3条消息。
• 广播消费：一个Group ID所标识的所有Consumer都会各自消费某条消息一次。例如某个Topic有9条消息，一个Group ID有3个Consumer实例，那么在广播消费模式下每个实例都会各自消费9条消息。
• 定时消息：Producer将消息发送到消息队列RocketMQ服务端，但并不期望这条消息立马投递，而是推迟到在当前时间点之后的某一个时间投递到Consumer进行消费，该消息即定时消息。
• 延时消息：Producer将消息发送到消息队列RocketMQ服务端，但并不期望这条消息立马投递，而是延迟一定时间后才投递到Consumer进行消费，该消息即延时消息。
• 事务消息：RocketMQ提供类似X/Open XA的分布事务功能，通过消息队列RocketMQ的事务消息能达到分布式事务的最终一致。
• 顺序消息：RocketMQ提供的一种按照顺序进行发布和消费的消息类型，分为全局顺序消息和分区顺序消息。
• 全局顺序消息：对于指定的一个Topic，所有消息按照严格的先入先出（FIFO）的顺序进行发布和消费。
• 分区顺序消息：对于指定的一个Topic，所有消息根据Sharding Key进行区块分区。同一个分区内的消息按照严格的FIFO顺序进行发布和消费。Sharding Key是顺序消息中用来区分不同分区的关键字段，和普通消息的Message Key是完全不同的概念。
• 消息堆积：Producer已经将消息发送到消息队列RocketMQ的服务端，但由于Consumer消费能力有限，未能在短时间内将所有消息正确消费掉，此时在消息队列RocketMQ的服务端保存着未被消费的消息，该状态即消息堆积。
• 消息过滤：Consumer可以根据消息标签（Tag）对消息进行过滤，确保Consumer最终只接收被过滤后的消息类型。消息过滤在消息队列RocketMQ的服务端完成。
• 消息轨迹：在一条消息从Producer发出到Consumer消费处理过程中，由各个相关节点的时间、地点等数据汇聚而成的完整链路信息。通过消息轨迹，您能清晰定位消息从Producer发出，经由消息队列RocketMQ服务端，投递给Consumer的完整链路，方便定位排查问题。
• 重置消费位点：以时间轴为坐标，在消息持久化存储的时间范围内（默认3天），重新设置Consumer对已订阅的Topic的消费进度，设置完成后Consumer将接收设定时间点之后由Producer发送到消息队列RocketMQ服务端的消息。
• 死信队列：死信队列用于处理无法被正常消费的消息。当一条消息初次消费失败，消息队列RocketMQ会自动进行消息重试；达到最大重试次数后，若消费依然失败，则表明Consumer在正常情况下无法正确地消费该消息。此时，消息队列RocketMQ不会立刻将消息丢弃，而是将这条消息发送到该Consumer对应的特殊队列中。
  消息队列RocketMQ将这种正常情况下无法被消费的消息称为死信消息（Dead-Letter Message），将存储死信消息的特殊队列称为死信队列（Dead-Letter Queue）。

应用场景

• 削峰填谷：诸如秒杀、抢红包、企业开门红等大型活动时皆会带来较高的流量脉冲，或因没做相应的保护而导致系统超负荷甚至崩溃，或因限制太过导致请求大量失败而影响用户体验，消息队列RocketMQ可提供削峰填谷的服务来解决该问题。
• 异步解耦：交易系统作为淘宝和天猫主站最核心的系统，每笔交易订单数据的产生会引起几百个下游业务系统的关注，包括物流、购物车、积分、流计算分析等等，整体业务系统庞大而且复杂，消息队列RocketMQ可实现异步通信和应用解耦，确保主站业务的连续性。
• 顺序收发：细数日常中需要保证顺序的应用场景非常多，例如证券交易过程时间优先原则，交易系统中的订单创建、支付、退款等流程，航班中的旅客登机消息处理等等。与先进先出FIFO（First In First Out）原理类似，消息队列RocketMQ提供的顺序消息即保证消息FIFO。
• 分布式事务一致性：交易系统、支付红包等场景需要确保数据的最终一致性，大量引入消息队列RocketMQ的分布式事务，既可以实现系统之间的解耦，又可以保证最终的数据一致性。
• 大数据分析：数据在“流动”中产生价值，传统数据分析大多是基于批量计算模型，而无法做到实时的数据分析，利用阿里云消息队列RocketMQ与流式计算引擎相结合，可以很方便的实现业务数据的实时分析。
• 分布式缓存同步：天猫双11大促，各个分会场琳琅满目的商品需要实时感知价格变化，大量并发访问数据库导致会场页面响应时间长，集中式缓存因带宽瓶颈，限制了商品变更的访问流量，通过消息队列RocketMQ构建分布式缓存，实时通知商品数据的变化。

架构设计

1 技术架构

RocketMQ架构上主要分为四部分，如上图所示:

• Producer：消息发布的角色，支持分布式集群方式部署。Producer通过MQ的负载均衡模块选择相应的Broker集群队列进行消息投递，投递的过程支持快速失败并且低延迟。
• Consumer：消息消费的角色，支持分布式集群方式部署。支持以push推，pull拉两种模式对消息进行消费。同时也支持集群方式和广播方式的消费，它提供实时消息订阅机制，可以满足大多数用户的需求。
• NameServer：NameServer是一个非常简单的Topic路由注册中心，其角色类似Dubbo中的zookeeper，支持Broker的动态注册与发现。主要包括两个功能：Broker管理，NameServer接受Broker集群的注册信息并且保存下来作为路由信息的基本数据。然后提供心跳检测机制，检查Broker是否还存活；路由信息管理，每个NameServer将保存关于Broker集群的整个路由信息和用于客户端查询的队列信息。然后Producer和Conumser通过NameServer就可以知道整个Broker集群的路由信息，从而进行消息的投递和消费。NameServer通常也是集群的方式部署，各实例间相互不进行信息通讯。Broker是向每一台NameServer注册自己的路由信息，所以每一个NameServer实例上面都保存一份完整的路由信息。当某个NameServer因某种原因下线了，Broker仍然可以向其它NameServer同步其路由信息，Producer,Consumer仍然可以动态感知Broker的路由的信息。
• BrokerServer：Broker主要负责消息的存储、投递和查询以及服务高可用保证，为了实现这些功能，Broker包含了以下几个重要子模块。
  1. Remoting Module：整个Broker的实体，负责处理来自clients端的请求。
  2. Client Manager：负责管理客户端(Producer/Consumer)和维护Consumer的Topic订阅信息
  3. Store Service：提供方便简单的API接口处理消息存储到物理硬盘和查询功能。
  4. HA Service：高可用服务，提供Master Broker 和 Slave Broker之间的数据同步功能。
  5. Index Service：根据特定的Message key对投递到Broker的消息进行索引服务，以提供消息的快速查询。

2 部署架构

RocketMQ 网络部署特点

• NameServer是一个几乎无状态节点，可集群部署，节点之间无任何信息同步。
• Broker部署相对复杂，Broker分为Master与Slave，一个Master可以对应多个Slave，但是一个Slave只能对应一个Master，Master与Slave 的对应关系通过指定相同的BrokerName，不同的BrokerId 来定义，BrokerId为0表示Master，非0表示Slave。Master也可以部署多个。每个Broker与NameServer集群中的所有节点建立长连接，定时注册Topic信息到所有NameServer。 注意：当前RocketMQ版本在部署架构上支持一Master多Slave，但只有BrokerId=1的从服务器才会参与消息的读负载。
• Producer与NameServer集群中的其中一个节点（随机选择）建立长连接，定期从NameServer获取Topic路由信息，并向提供Topic 服务的Master建立长连接，且定时向Master发送心跳。Producer完全无状态，可集群部署。
• Consumer与NameServer集群中的其中一个节点（随机选择）建立长连接，定期从NameServer获取Topic路由信息，并向提供Topic服务的Master、Slave建立长连接，且定时向Master、Slave发送心跳。Consumer既可以从Master订阅消息，也可以从Slave订阅消息，消费者在向Master拉取消息时，Master服务器会根据拉取偏移量与最大偏移量的距离（判断是否读老消息，产生读I/O），以及从服务器是否可读等因素建议下一次是从Master还是Slave拉取。

结合部署架构图，描述集群工作流程：

• 启动NameServer，NameServer起来后监听端口，等待Broker、Producer、Consumer连上来，相当于一个路由控制中心。
• Broker启动，跟所有的NameServer保持长连接，定时发送心跳包。心跳包中包含当前Broker信息(IP+端口等)以及存储所有Topic信息。注册成功后，NameServer集群中就有Topic跟Broker的映射关系。
• 收发消息前，先创建Topic，创建Topic时需要指定该Topic要存储在哪些Broker上，也可以在发送消息时自动创建Topic。
• Producer发送消息，启动时先跟NameServer集群中的其中一台建立长连接，并从NameServer中获取当前发送的Topic存在哪些Broker上，轮询从队列列表中选择一个队列，然后与队列所在的Broker建立长连接从而向Broker发消息。
• Consumer跟Producer类似，跟其中一台NameServer建立长连接，获取当前订阅Topic存在哪些Broker上，然后直接跟Broker建立连接通道，开始消费消息。

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