RabbitMQ基本原理初识

Posted 2021-03-14 june-l

一、背景简介

　　RabbitMQ是一个由erlang开发的AMQP（Advanced Message Queue ）的开源实现。AMQP 的出现其实也是应了广大人民群众的需求，虽然在同步消息通讯的世界里有很多公开标准（如 COBAR的 IIOP ，或者是 SOAP 等），但是在异步消息处理中却不是这样，只有大企业有一些商业实现（如微软的 MSMQ ，IBM 的 Websphere MQ 等），因此，在 2006 年的 6 月，Cisco 、Redhat、iMatix 等联合制定了 AMQP 的公开标准。

　　AMQP，即Advanced Message Queuing Protocol，高级消息队列协议，是应用层协议的一个开放标准，为面向消息的中间件设计。消息中间件主要用于组件之间的解耦，消息的发送者无需知道消息使用者的存在，反之亦然。 AMQP的主要特征是面向消息、队列、路由（包括点对点和发布/订阅）、可靠性、安全。 RabbitMQ是一个开源的AMQP实现，服务器端用Erlang语言编写，支持多种客户端，如：Python、Ruby、.NET、Java、JMS、C、php、ActionScript、XMPP、STOMP等，支持AJAX。用于在分布式系统中存储转发消息，在易用性、扩展性、高可用性等方面表现不俗。 下面将重点介绍RabbitMQ中的一些基础概念，了解了这些概念，是使用好RabbitMQ的基础。

二、基本概念

讲解基础概念的之前，我们先来整体构造一个结构图，这样会方便们更好地去理解RabbitMQ的基本原理。

 

Queue

   Queue（队列）RabbitMQ的作用是存储消息，队列的特性是先进先出。上图可以清晰地看到Client A和Client B是生产者，生产者生产消息最终被送到RabbitMQ的内部对象Queue中去，而消费者则是从Queue队列中取出数据。可以简化成表示为：

生产者Send Message “A”被传送到Queue中，消费者发现消息队列Queue中有订阅的消息，就会将这条消息A读取出来进行一些列的业务操作。这里只是一个消费正对应一个队列Queue，也可以多个消费者订阅同一个队列Queue，当然这里就会将Queue里面的消息平分给其他的消费者，但是会存在一个一个问题就是如果每个消息的处理时间不同，就会导致某些消费者一直在忙碌中，而有的消费者处理完了消息后一直处于空闲状态，因为前面已经提及到了Queue会平分这些消息给相应的消费者。这里我们就可以使用prefetchCount来限制每次发送给消费者消息的个数。详情见下图所示：

    这里的prefetchCount=1是指每次从Queue中发送一条消息来。等消费者处理完这条消息后Queue会再发送一条消息给消费者。

    Exchange

    我们在开篇的时候就留了一个坑，就是那个应用结构图里面，消费者Client A和消费者Client B是如何知道我发送的消息是给Queue1还是给Queue2，有没有过这个问题，那么我们就来解开这个面纱，看看到底是个什么构造。首先明确一点就是生产者产生的消息并不是直接发送给消息队列Queue的，而是要经过Exchange（交换器），由Exchange再将消息路由到一个或多个Queue，当然这里还会对不符合路由规则的消息进行丢弃掉，这里指的是后续要谈到的Exchange Type。那么Exchange是怎样将消息准确的推送到对应的Queue的呢？那么这里的功劳最大的当属Binding，RabbitMQ是通过Binding将Exchange和Queue链接在一起，这样Exchange就知道如何将消息准确的推送到Queue中去。简单示意图如下所示：

 在绑定（Binding）Exchange和Queue的同时，一般会指定一个Binding Key，生产者将消息发送给Exchange的时候，一般会产生一个Routing Key，当Routing Key和Binding Key对应上的时候，消息就会发送到对应的Queue中去。那么Exchange有四种类型，不同的类型有着不同的策略。也就是表明不同的类型将决定绑定的Queue不同，换言之就是说生产者发送了一个消息，Routing Key的规则是A，那么生产者会将Routing Key=A的消息推送到Exchange中，这时候Exchange中会有自己的规则，对应的规则去筛选生产者发来的消息，如果能够对应上Exchange的内部规则就将消息推送到对应的Queue中去。那么接下来就来详细讲解下Exchange里面类型。

     Exchange Type

    我来用表格来描述下类型以及类型之间的区别。

Exchange规则

类型名称	类型描述
fanout	把所有发送到该Exchange的消息路由到所有与它绑定的Queue中
direct	Routing Key==Binding Key
topic	我这里自己总结的简称模糊匹配
headers	Exchange不依赖于routing key与binding key的匹配规则来路由消息，而是根据发送的消息内容中的headers属性进行匹配。

• fanout

        fanout类型的Exchange路由规则非常简单，它会把所有发送到该Exchange的消息路由到所有与它绑定的Queue中。

上图所示，生产者（P）生产消息1将消息1推送到Exchange，由于Exchange Type=fanout这时候会遵循fanout的规则将消息推送到所有与它绑定Queue，也就是图上的两个Queue最后两个消费者消费。

• direct
• direct类型的Exchange路由规则也很简单，它会把消息路由到那些binding key与routing key完全匹配的Queue中

 

   当生产者（P）发送消息时Rotuing key=booking时，这时候将消息传送给Exchange，Exchange获取到生产者发送过来消息后，会根据自身的规则进行与匹配相应的Queue，这时发现Queue1和Queue2都符合，就会将消息传送给这两个队列，如果我们以Rotuing key=create和Rotuing key=confirm发送消息时，这时消息只会被推送到Queue2队列中，其他Routing Key的消息将会被丢弃。

• topic

      前面提到的direct规则是严格意义上的匹配，换言之Routing Key必须与Binding Key相匹配的时候才将消息传送给Queue，那么topic这个规则就是模糊匹配，可以通过通配符满足一部分规则就可以传送。它的约定是：

1. routing key为一个句点号“. ”分隔的字符串（我们将被句点号“. ”分隔开的每一段独立的字符串称为一个单词），如“stock.usd.nyse”、“nyse.vmw”、“quick.orange.rabbit”
2. binding key与routing key一样也是句点号“. ”分隔的字符串
3. binding key中可以存在两种特殊字符“*”与“#”，用于做模糊匹配，其中“*”用于匹配一个单词，“#”用于匹配多个单词（可以是零个）

 

当生产者发送消息Routing Key=F.C.E的时候，这时候只满足Queue1，所以会被路由到Queue中，如果Routing Key=A.C.E这时候会被同是路由到Queue1和Queue2中，如果Routing Key=A.F.B时，这里只会发送一条消息到Queue2中。

补充说明：

　　ConnectionFactory、Connection、Channel

　　ConnectionFactory、Connection、Channel都是RabbitMQ对外提供的API中最基本的对象。Connection是RabbitMQ的socket链接，它封装了socket协议相关部分逻辑。ConnectionFactory为Connection的制造工厂。
　　Channel是我们与RabbitMQ打交道的最重要的一个接口，我们大部分的业务操作是在Channel这个接口中完成的，包括定义Queue、定义Exchange、绑定Queue与Exchange、发布消息等。

　　Connection就是建立一个TCP连接，生产者和消费者的都是通过TCP的连接到RabbitMQ Server中的，这个后续会再程序中体现出来。

　　Channel虚拟连接，建立在上面TCP连接的基础上，数据流动都是通过Channel来进行的。为什么不是直接建立在TCP的基础上进行数据流动呢？如果建立在TCP的基础上进行数据流动，建立和关闭TCP连接有代价。频繁的建立关闭TCP连接对于系统的性能有很大的影响，而且TCP的连接数也有限制，这也限制了系统处理高并发的能力。但是，在TCP连接中建立Channel是没有上述代价的。