消息模型:主题和队列的区别

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了消息模型:主题和队列的区别相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

一、消息队列的演进

1、初始阶段

最初的消息队列,就是一个严格意义上的队列。队列是一种数据结构,先进先出,在消息入队出队过程中,保证这些消息严格有序。早期的消息队列就是按照“队列”的数据结构设计的

 

队列模型:

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生产者(Producer)发消息就是入队操作,消费者(Consumer)收消息就是出队也就是删除操作,服务端存放消息的容器自然就称为“队列”。

  • 如果有多个生产者往同一个队列里面发送消息,这个队列中可以消费到的消息,就是这些生产者生产的所有消息的合集。消息的顺序就是这些生产者发送消息的自然顺序
  • 如果有多个消费者接收同一个队列的消息,这些消费者之间实际上是竞争的关系,每个消费者只能收到队列中的一部分消息,也就是说任何一条消息只能被其中的一个消费者收到

 

2、发布 - 订阅模型阶段

如果需要将一份消息数据分发给多个消费者,要求每个消费者都能收到全量的消息,例如,对于一份订单数据,风控系统、分析系统、支付系统等都需要接收消息。

这个时候,单个队列就满足不了需求,一个可行的解决方式是,为每个消费者创建一个单独的队列,让生产者发送多份。但是同样的一份消息数据被复制到多个队列中会浪费资源,更重要的是,生产者必须知道有多少个消费者。为每个消费者单独发送一份消息,这实际上违背了消息队列“解耦”这个设计初衷。

 

为了解决这个问题,演化出了另外一种消息模型:发布 - 订阅模型(Publish-Subscribe Pattern)

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消息的发送方称为发布者(Publisher),消息的接收方称为订阅者(Subscriber),服务端存放消息的容器称为主题(Topic)。

  • 发布者将消息发送到主题中,订阅者在接收消息之前需要先“订阅主题”。
  • 每份订阅中,订阅者都可以接收到主题的所有消息。

 

3、总结:

  • 在很长的一段时间,队列模式和发布 - 订阅模式是并存的。
  • 有些消息队列同时支持这两种消息模型,比如 ActiveMQ。
  • 对比这两种模型,生产者就是发布者,消费者就是订阅者,队列就是主题,并没有本质的区别。它们最大的区别是:一份消息数据能不能被消费多次的问题
  • 实际上,在这种发布 - 订阅模型中,如果只有一个订阅者,那它和队列模型就基本是一样的了。也就是说,发布 - 订阅模型在功能层面上是可以兼容队列模型的。

 

二、RabbitMQ 的消息模型

少数依然坚持使用队列模型的产品之一。

 

RabbitMQ 使用 Exchange 模块解决多个消费者的问题。Exchange 位于生产者和队列之间,生产者并不关心将消息发送给哪个队列,而是将消息发送给 Exchange,由 Exchange 上配置的策略来决定将消息投递到哪些队列中。

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  • 同一份消息如果需要被多个消费者来消费,需要配置 Exchange 将消息发送到多个队列,每个队列中都存放一份完整的消息数据,可以为一个消费者提供消费服务。

 

三、RocketMQ 的消息模型

RocketMQ 使用的消息模型是标准的发布 - 订阅模型。在 RocketMQ 也有队列(Queue)这个概念。

 

消息队列的消费机制:

几乎所有的消息队列产品都使用一种非常朴素的“请求 - 确认”机制,确保消息不会在传递过程中由于网络或服务器故障丢失。

在生产端,生产者先将消息发送给服务端,也就是 Broker,服务端在收到消息并将消息写入主题或者队列中后,会给生产者发送确认的响应。如果生产者没有收到服务端的确认或者收到失败的响应,则会重新发送消息

在消费端,消费者在收到消息并完成自己的消费业务逻辑(比如,将数据保存到数据库中)后,也会给服务端发送消费成功的确认,服务端只有收到消费确认后,才认为一条消息被成功消费,否则它会给消费者重新发送这条消息,直到收到对应的消费成功确认。

这个确认机制很好地保证了消息传递过程中的可靠性,但是,引入这个机制在消费端带来了一个问题:为了确保消息的有序性,在某一条消息被成功消费之前,下一条消息是不能被消费的,也就是说,每个主题在任意时刻,至多只能有一个消费者实例在进行消费,那就没法通过水平扩展消费者的数量来提升消费端总体的消费性能

 

为了解决这个问题,RocketMQ 在主题下面增加了队列的概念:

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  • 每个主题包含多个队列,通过多个队列来实现多实例并行生产和消费。需要注意的是,RocketMQ 只在队列上保证消息的有序性,主题层面是无法保证消息的严格顺序的。
  • 生产者会往所有队列发消息,但不是“同一条消息每个队列都发一次”,每条消息只会往某个队列里面发送一次
  • 一个消费组,每个队列上只能串行消费,多个队列加一起就是并行消费了,并行度就是队列数量,队列数量越多并行度越大,所以水平扩展可以提升消费性能。
  • 每队列每消费组维护一个消费位置(offset),记录这个消费组在这个队列上消费到哪儿了。
  • 订阅者是通过消费组(Consumer Group)来体现的。每个消费组都消费主题中一份完整的消息,不同消费组之间消费进度彼此不受影响,也就是说,一条消息被 Consumer Group1 消费过,也会再给 Consumer Group2 消费。
  • 消费组中包含多个消费者,同一个组内的消费者是竞争消费的关系,每个消费者负责消费组内的一部分消息。如果一条消息被消费者 Consumer1 消费了,那同组的其他消费者就不会再收到这条消息。
  • 由于消息需要被不同的组进行多次消费,所以消费完的消息并不会立即被删除,这就需要 RocketMQ 为每个消费组在每个队列上维护一个消费位置(Consumer Offset),这个位置之前的消息都被消费过,之后的消息都没有被消费过,每成功消费一条消息,消费位置就加一。我们在使用消息队列的时候,丢消息的原因大多是由于消费位置处理不当导致的

 

四、Kafka 的消息模型

Kafka 的消息模型和 RocketMQ 是完全一样的,唯一的区别是,在 Kafka 中,队列这个概念的名称不一样,Kafka 中对应的名称是“分区(Partition)”,含义和功能是没有任何区别的。

 

五、总结

  • 常用的消息队列中,RabbitMQ 采用的是队列模型,但是它一样可以实现发布 - 订阅的功能。RocketMQ 和 Kafka 采用的是发布 - 订阅模型,并且二者的消息模型是基本一致的。

以上是关于消息模型:主题和队列的区别的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

Actor模型和Web服务/消息队列的区别

第03讲:架构核心技术之分布式消息队列

MQ消息队列的JMS规范和AMQP协议的区别

消息的主题和队列

消息队列中点对点与发布订阅区别

从发布-订阅模式到消息队列