MQ的理论理解

Posted 2021-01-06 sukuokuo

MQ（消息队列）简介

概念 :
消息队列（MQ）是一种应用程序对应用程序的通信方法。

应用程序通过写和检索出入列队的针对应用程序的数据（消息）来通信，而无需专用连接来链接它们。

消息传递指的是程序之间通过在消息中发送数据进行通信，而不是通过直接调用彼此来通信，直接调用通常是用于诸如远程过程调用的技术。

排队指的是应用程序通过队列来通信。队列的使用除去了接收和发送应用程序同时执行的要求。

 

为什么会需要消息队列(MQ)？
主要原因是由于在高并发环境下，由于来不及同步处理，请求往往会发生堵塞，比如说，大量的insert，update之类的请求同时到达MySQL，直接导致无数的行锁表锁，甚至最后请求会堆积过多，从而触发too many connections错误。通过使用消息队列，我们可以异步处理请求，从而缓解系统的压力。

 

 

 

 

 

 

 

MQ的特点

1 采用异步处理模式

消息发送者可以发送一个消息而无须等待响应。消息发送者将消息发送到一条虚拟的通道（主题或队列）上，消息接收者则订阅或是监听该通道。一条信息可能最终转发给一个或多个消息接收者，这些接收者都无需对消息发送者做出同步回应。整个过程都是异步的。

2 应用程序和应用程序调用关系为松耦合关系

主要体现在如下两点：
（1）发送者和接受者不必了解对方、只需要确认消息
（2）发送者和接受者不必同时在线
比如在线交易系统为了保证数据的最终一致，在支付系统处理完成后会把支付结果放到消息中间件里通知订单系统修改订单支付状态。两个系统通过消息中间件解耦。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MQ工作原理

首先来看本地通讯的情况，应用程序A和应用程序B运行于同一系统A，它们之间可以借助消息队列技术进行彼此的通讯：应用程序A向队列1发送一条信息，而当应用程序B需要时就可以得到该信息。

其次是远程通讯的情况，如果信息传输的目标改为在系统B上的应用程序C，这种变化不会对应用程序A产生影响，应用程序A向队列2发送一条信息，系统A的MQ发现Q2所指向的目的队列实际上位于系统B，它将信息放到本地的一个特殊队列－传输队列(Transmission Queue)。我们建立一条从系统A到系统B的消息通道，消息通道代理将从传输队列中读取消息，并传递这条信息到系统B，然后等待确认。只有MQ接到系统B成功收到信息的确认之后，它才从传输队列中真正将该信息删除。如果通讯线路不通，或系统B不在运行，信息会留在传输队列中，直到被成功地传送到目的地。这是MQ最基本而最重要的技术--确保信息传输，并且是一次且仅一次(once-and-only-once)的传递。

 

MQ消息传递方式

发布订阅模式

发布者/订阅者模型支持向一个特定的消息主题生产消息。0或多个订阅者可能对接收来自特定消息主题的消息感兴趣。在这种模型下，发布者和订阅者彼此不知道对方。这种模式就好比是匿名公告板。这种模式被概况为：多个消费者可以获得消息，在发布者和订阅者之间存在时间依赖性。发布者需要建立一个订阅（subscription），以便能够消费者订阅。订阅者必须保持持续的活动状态及接收消息，除非订阅者建立了持久的订阅。在这种情况下，在订阅者未连接时发布的消息将在订阅者重新连接时重新发布。

 

 

 

 

 

点对点模式

点对点模型用于消息生产者和消息消费者之间点到点的通信。

消息生产者将消息发送到由某个名字标识的特定消费者。这个名字实际上对于消费服务中的一个队列（Queue），在消息传递给消费者之前它被存储在这个队列中。

队列消息可以放在内存中也可以是持久的，以保证在消息服务出现故障时仍然能够传递消息。

 

 

 

MQ的应用场景

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
a、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。

b、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：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，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。
a、可以控制活动的人数
b、可以缓解短时间内高流量压垮应用

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。
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 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

常见的消息队列

1）ActiveMQ 是Apache出品，最流行的，能力强劲的开源消息总线；

 

2）RabbitMQ 是由 LShift 提供的一个 Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) 的开源实现，由以高性能、健壮以及可伸缩性出名的 Erlang 写成，因此也是继承了这些优点。；

 

3）kafka 是一种高吞吐量的分布式发布订阅消息系统，她有如下特性：

• 通过O(1)的磁盘数据结构提供消息的持久化，这种结构对于即使数以TB的消息存储也能够保持长时间的稳定性能。
• 高吞吐量：即使是非常普通的硬件kafka也可以支持每秒数十万的消息。
• 支持通过kafka服务器和消费机集群来分区消息。
• 支持Hadoop并行数据加载。

 

4）ZeroMQ是一个轻量级消息内核。它可用于C、C++、Python、.NET /Mono、Fortran和Java语言。它运行在AIX ， FreeBSD的，基于HP - UX ， Linux和MacOS下， OpenBSD系统， OpenVMS ， QNX Neutrino， Solaris和Windows操作系统。