16、RabbitMQ 实战 - 消息队列的应用场景 (转)

消息队列中间件是分布式系统中重要的组件,主要解决应用耦合,异步消息,流量削锋等问题

实现高性能,高可用,可伸缩和最终一致性架构

使用较多的消息队列有ActiveMQ,RabbitMQ,ZeroMQ,Kafka,MetaMQ,RocketMQ

二、消息队列应用场景

以下介绍消息队列在实际应用中常用的使用场景。异步处理,应用解耦,流量削锋和消息通讯四个场景

2.1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

(1)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

 

(2)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。

  • 可以控制活动的人数
  • 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

以下是新浪kafka日志处理应用案例:转自(http://cloud.51cto.com/art/201507/484338.htm)

 

(1)Kafka:接收用户日志的消息队列

(2)Logstash:做日志解析,统一成JSON输出给Elasticsearch

(3)Elasticsearch:实时日志分析服务的核心技术,一个schemaless,实时的数据存储服务,通过index组织数据,兼具强大的搜索和统计功能

(4)Kibana:基于Elasticsearch的数据可视化组件,超强的数据可视化能力是众多公司选择ELK stack的重要原因

2.5消息通讯

消息通讯是指,消息队列一般都内置了高效的通信机制,因此也可以用在纯的消息通讯。比如实现点对点消息队列,或者聊天室等

点对点通讯:

 

客户端A和客户端B使用同一队列,进行消息通讯。

聊天室通讯:

 

客户端A,客户端B,客户端N订阅同一主题,进行消息发布和接收。实现类似聊天室效果。

以上实际是消息队列的两种消息模式,点对点或发布订阅模式。模型为示意图,供参考。

三、消息中间件示例

3.1电商系统

 

消息队列采用高可用,可持久化的消息中间件。比如Active MQ,Rabbit MQ,Rocket Mq。

(1)应用将主干逻辑处理完成后,写入消息队列。消息发送是否成功可以开启消息的确认模式。(消息队列返回消息接收成功状态后,应用再返回,这样保障消息的完整性)

(2)扩展流程(发短信,配送处理)订阅队列消息。采用推或拉的方式获取消息并处理。

(3)消息将应用解耦的同时,带来了数据一致性问题,可以采用最终一致性方式解决。比如主数据写入数据库,扩展应用根据消息队列,并结合数据库方式实现基于消息队列的后续处理。

3.2日志收集系统

 

分为Zookeeper注册中心,日志收集客户端,Kafka集群和Storm集群(OtherApp)四部分组成。

  • Zookeeper注册中心,提出负载均衡和地址查找服务
  • 日志收集客户端,用于采集应用系统的日志,并将数据推送到kafka队列
  • Kafka集群:接收,路由,存储,转发等消息处理

Storm集群:与OtherApp处于同一级别,采用拉的方式消费队列中的数据

四、常用消息队列

一般商用的容器,比如WebLogic,JBoss,都支持JMS标准,开发上很方便。但免费的比如Tomcat,Jetty等则需要使用第三方的消息中间件。本部分内容介绍常用的消息中间件(Active MQ,Rabbit MQ,Zero MQ,Kafka)以及他们的特点。

4.1 ActiveMQ

ActiveMQ 是Apache出品,最流行的,能力强劲的开源消息总线。ActiveMQ 是一个完全支持JMS1.1和J2EE 1.4规范的 JMS Provider实现,尽管JMS规范出台已经是很久的事情了,但是JMS在当今的J2EE应用中间仍然扮演着特殊的地位。

ActiveMQ特性如下:

⒈ 多种语言和协议编写客户端。语言: Java,C,C++,C#,Ruby,Perl,Python,PHP。应用协议: OpenWire,Stomp REST,WS Notification,XMPP,AMQP

⒉完全支持JMS1.1和J2EE 1.4规范 (持久化,XA消息,事务)

⒊对Spring的支持,ActiveMQ可以很容易内嵌到使用Spring的系统里面去,而且也支持Spring2.0的特性

⒋通过了常见J2EE服务器(如 Geronimo,JBoss 4,GlassFish,WebLogic)的测试,其中通过JCA 1.5 resource adaptors的配置,可以让ActiveMQ可以自动的部署到任何兼容J2EE 1.4 商业服务器上

⒌支持多种传送协议:in-VM,TCP,SSL,NIO,UDP,JGroups,JXTA

⒍支持通过JDBC和journal提供高速的消息持久化

⒎从设计上保证了高性能的集群,客户端-服务器,点对点

⒏支持Ajax

⒐支持与Axis的整合

⒑可以很容易得调用内嵌JMS provider,进行测试

4.2 RabbitMQ

RabbitMQ是流行的开源消息队列系统,用erlang语言开发。RabbitMQ是AMQP(高级消息队列协议)的标准实现。支持多种客户端,如:Python、Ruby、.NET、Java、JMS、C、PHP、ActionScript、XMPP、STOMP等,支持AJAX,持久化。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。

结构图如下:(架构KKQ:466097527,欢迎加入)

 

几个重要概念:

Broker:简单来说就是消息队列服务器实体。

  Exchange:消息交换机,它指定消息按什么规则,路由到哪个队列。

  Queue:消息队列载体,每个消息都会被投入到一个或多个队列。

  Binding:绑定,它的作用就是把exchange和queue按照路由规则绑定起来。

  Routing Key:路由关键字,exchange根据这个关键字进行消息投递。

  vhost:虚拟主机,一个broker里可以开设多个vhost,用作不同用户的权限分离。

  producer:消息生产者,就是投递消息的程序。

  consumer:消息消费者,就是接受消息的程序。

  channel:消息通道,在客户端的每个连接里,可建立多个channel,每个channel代表一个会话任务。

消息队列的使用过程,如下:

(1)客户端连接到消息队列服务器,打开一个channel。

(2)客户端声明一个exchange,并设置相关属性。

(3)客户端声明一个queue,并设置相关属性。

(4)客户端使用routing key,在exchange和queue之间建立好绑定关系。

(5)客户端投递消息到exchange。

exchange接收到消息后,就根据消息的key和已经设置的binding,进行消息路由,将消息投递到一个或多个队列里。