RabbitMQ :VHost,Exchanges, Queues,Bindings and Channels

Posted 2020-08-22 zhming

  和RabbitMQ这个项目的缘分好奇怪,很长一段时间内是只关注源代码,真的是Erlang开源项目中的典范;现在要在项目中应用RabbitMQ,从新的视角切入,全新的感觉.仿佛旧情人换了新衣,虽是熟稔却有不曾领略的风情. RabbitMQ提供了一整套机制来处理消息的发送,接收,容错,管理,上一篇文章中我提到了一篇Rabbits and warrens的文章,是一篇非常棒的入门文章,但是里面忽略了不少细节,我沿着RabbitMQ in Action重新梳理了一遍,笔记于此,备忘.

    

Exchanges, queues, and bindings

 

   exchanges, queues, and bindings是三个基础的概念, 他们的作用是:exchanges are where producers publish their messages, queues are where the messages end up and are received by consumers, and bindings are how the messages get routed from the exchange to particular queues. 

  

下面我们用一副简单的思维导图把上面的概念组织起来:

 

 

   上面还提到了一个vhost的概念,vhost是为了组织exchanges, queues, and bindings提出的概念,我们就从它开始讲起:

 

VHost

 

   Vhosts也是AMQP的一个基础概念,连接到RabbitMQ默认就有一个名为"/"的vhost可用,本地调试的时候可以直接使用这个默认的vhost.这个"/"的访问可以使用guest用户名(密码guest)访问.可以使用rabbitmqctl工具修改这个账户的权限和密码,这在生产环境是必须要关注的. 出于安全和可移植性的考虑,一个vhost内的exchange不能绑定到其他的vhost.

 

    可以按照业务功能组来规划vhost,在集群环境中只要在某个节点创建vhost就会在整个集群内的节点都创建该vhost.VHost和权限都不能通过AMQP协议创建,在RabbitMQ中都是使用rabbitmqctl进行创建,管理.

 

如何创建vhost   

    vhost和permission(权限)信息是并不是通过AMQP创建而是通过rabbitmqctl工具来添加,管理的.

 

说完vhost我们就来看看重中之重的消息:Message

 

Message

 

   消息由两部分组成:  payload and  label. "payload"是实际要传输的数据,至于数据的格式RabbitMQ并不关心,"label"描述payload,包括exchange name 和可选的topic tag.消息一旦到了consumer那里就只有payload部分了,label部分并没有带过来.RabbitMQ并不告诉你消息是谁发出的.这好比你收到一封信但是信封上是空白的.当然想知道是谁发的还是有办法的,在消息内容中包含发送者的信息就可以了.

  

   消息的consumer和producer对应的概念是sending和receiving并不对应client和server.通过channel我们可以创建很多并行的传输 TCP链接不再成为瓶颈,我们可以把RabbitMQ当做应用程序级别的路由器.

 

 

Consumer消息的接收方式

     Consumer有两种方式接收消息:

     通过basic.consume 订阅队列.channel将进入接收模式直到你取消订阅.订阅模式下Consumer只要上一条消息处理完成(ACK或拒绝),就会主动接收新消息.如果消息到达queue就希望得到尽快处理,也应该使用basic.consume命令.

     还有一种情况,我们不需要一直保持订阅,只要使用basic.get命令主动获取消息即可.当前消息处理完成之后,继续获取消息需要主动执行basic.get 不要"在循环中使用basic.ge"t当做另外一种形式的basic.consume,因为这种做法相比basic.consume有额外的成本:basic.get本质上就是先订阅queue取回一条消息之后取消订阅.Consumer吞吐量大的情况下通常都会使用basic.consume.

 

 

要是没有Consumer怎么办?

 

     如果消息没有Consumer就会老老实实呆在队列里面.

 

多个Consumer订阅同一个队列

 

    只要Consumer订阅了queue,消息就会发送到该Consumer.我们的问题是这种情况下queue中的消息是如何分发的?

    如果一个rabbit queue有多个consumer,具体到队列中的某条消息只会发送到其中的一个Consumer.

 

消息确认

   

    所有接收到的消息都要求发送响应消息(ACK).这里有两种方式一种是Consumer使用basic.ack明确发送ACK,一种是订阅queue的时候指定auto_ack为true,这样消息一到Consumer那里RabbitMQ就会认为消息已经得到ACK.

   要注意的是这里的响应和消息的发送者没有丝毫关系,ACK只是Consumer向RabbitMQ确认消息已经正确的接收到消息,RabbitMQ可以安全移除该消息,仅此而已.

 

没有正确响应怎么办

 

    如果Consumer接收了一个消息就还没有发送ACK就与RabbitMQ断开了,RabbitMQ会认为这条消息没有投递成功会重新投递到别的Consumer.如果你的应用程序崩掉了,你可以设置备用程序来继续完成消息的处理.

   如果Consumer本身逻辑有问题没有发送ACK的处理,RabbitMQ不会再向该Consumer发送消息.RabbitMQ会认为这个Consumer还没有处理完上一条消息,没有能力继续接收新消息.我们可以善加利用这一机制,如果需要处理过程是相当复杂的,应用程序可以延迟发送ACK直到处理完成为止.这可以有效控制应用程序这边的负载,不致于被大量消息冲击.

 

 

拒绝消息

 

    由于要拒绝消息,所以ACK响应消息还没有发出,所以这里拒绝消息可以有两种选择:

    1.Consumer直接断开RabbitMQ 这样RabbitMQ将把这条消息重新排队,交由其它Consumer处理.这个方法在RabbitMQ各版本都支持.这样做的坏处就是连接断开增加了RabbitMQ的额外负担,特别是consumer出现异常每条消息都无法正常处理的时候.

   2. RabbitMQ 2.0.0可以使用 basic.reject 命令,收到该命令RabbitMQ会重新投递到其它的Consumer.如果设置requeue为false,RabbitMQ会直接将消息从queue中移除.

   其实还有一种选择就是直接忽略这条消息并发送ACK,当你明确直到这条消息是异常的不会有Consumer能处理,可以这样做抛弃异常数据.为什么要发送basic.reject消息而不是ACK?RabbitMQ后面的版本可能会引入"dead letter"队列,如果想利用dead letter做点文章就使用basic.reject并设置requeue为false.

  

 

消息持久化

    消息的持久化需要在消息投递的时候设置delivery mode值为2.由于消息实际存储于queue之中,"皮之不存毛将焉附"逻辑上,消息持久化同时要求exchange和queue也是持久化的.这是消息持久化必须满足的三个条件. 

     持久化的代价就是性能损失,磁盘IO远远慢于RAM(使用SSD会显著提高消息持久化的性能) , 持久化会大大降低RabbitMQ每秒可处理的消息.两者的性能差距可能在10倍以上.

 

消息恢复

   consumer从durable queue中取回一条消息之后并发回了ACK消息,RabbitMQ就会将其标记,方便后续垃圾回收.如果一条持久化的消息没有被consumer取走,RabbitMQ重启之后会自动重建exchange和queue(以及bingding关系),消息通过持久化日志重建再次进入对应的queues,exchanges.

 

皮之不存,毛将焉附?紧接着我们看看消息实际存放的地方:Queue

Queue

 

  Queues是Massage的落脚点和等待接收的地方,消息除非被扔进黑洞否则就会被安置在一个Queue里面.Queue很适合做负载均衡,RabbitMQ可以在若干consumer中间实现轮流调度(Round-Robin).

 

如何创建队列

   consumer和producer都可以创建Queue,如果consumer来创建,避免consumer订阅一个不存在的Queue的情况,但是这里要承担一种风险:消息已经投递但是consumer尚未创建队列,那么消息就会被扔到黑洞,换句话说消息丢了;避免这种情况的好办法就是producer和consumer都尝试创建一下queue. 如果consumer在已经订阅了另外一个Queue的情况下无法完成新Queue的创建,必须取消之前的订阅将Channel置为传输模式("transmit")才能创建新的Channel.

   创建Queue的时候通常要指定名字,名字方便consumer订阅.即使你不指定Rabbit会给它分配一个随机的名字,这在使用临时匿名队列完成RPC-over-AMQP调用时会非常有用.

   创建Queue的时候还有两个非常有用的选项:

  exclusive—When set to true, your queue becomes private and can only be consumed by your app. This is useful when you need to limit a queue to only one consumer.

  auto-delete—The queue is automatically deleted when the last consumer unsubscribes.

 

   如果要创建只有一个consumer使用的临时queue可以组合使用auto-delete和 exclusive.consumer一旦断开连接该队列自动删除.

   重复创建Queue会怎样?如果Queue创建的选项完全一致的话,RabbitMQ直接返回成功,如果名称相同但是创建选项不一致就会返回创建失败.如果是想检查Queue是否存在,可以设置queue.declare命令的passive 选项为true:如果队列存在就会返回成功,如果队列不存在会报错且不会执行创建逻辑.

 

消息是如何从动态路由到不同的队列的?这就看下面的内容了

 

bindings and exchanges

 

消息如何发送到队列

 

     消息是如何发送到队列的?这就要说到AMQP bindings and exchanges. 投递消息到queue都是经由exchange完成的,和生活中的邮件投递一样也需要遵循一定的规则,在RabbitMQ中规则是通过routing key把queue绑定到exchange上,这种绑定关系即binding.消息发送到RabbitMQ都会携带一个routing key(哪怕是空的key),RabbitMQ会根据bindings匹配routing key,如果匹配成功消息会转发到指定Queue,如果没有匹配到queue消息就会被扔到黑洞.

 

如何发送到多个队列

 

  消息是分发到多个队列的?AMQP协议里面定义了几种不同类型的exchange:direct, fanout, topic, and headers. 每一种都实现了一种 routing 算法. header的路由消息并不依赖routing key而是去匹配AMQP消息的header部分,这和下面提到的direct exchange如出一辙,但是性能要差很多,在实际场景中几乎不会被用到.

 

direct exchange  routing key完全匹配才转发
fanout exchange 不理会routing key,消息直接广播到所有绑定的queue 

topic exchange  对routing key模式匹配

 

 

exchange持久化

 

  创建queue和exchange默认情况下都是没有持久化的,节点重启之后queue和exchange就会消失,这里需要特别指定queue和exchange的durable属性.

 

 

Consumer是直接创建TCP链接到RabbitMQ吗?下面就是答案:

 

Channel

 

    无论是要发布消息还是要获取消息 ,应用程序都需要通过TCP连接到RabbitMQ.应用程序连接并通过权限认证之后就要创建Channel来执行AMQP命令.Channel是建立在实际TCP连接之上通信管道,这里之所以引入channel的概念而不是直接通过TCP链接直接发送AMQP命令,是出于两方面的考虑:建立上成百上千的TCP链接,一方面浪费了TCP链接,一方面很快会触及系统瓶颈.引入了Channel之后多个进程与RabbitMQ的通信可以在一条TCP链接上完成.我们可以把TCP类比做光缆,那么Channel就像光缆中的一根根光纤.

 

参考资料

 

[1] Rabbits and warrens  http://blogs.digitar.com/jjww/2009/01/rabbits-and-warrens/

[2] 兔子和兔子窝 http://blog.ftofficer.com/2010/03/translation-rabbitmq-python-rabbits-and-warrens/

 

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