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終於來了...RocketMQ掃盲篇

coldplay.xixi

Oct 20, 2020 pm 05:16 PM

rocketmq

java基礎教學欄位今天詳細介紹RocketMQ知識。

終於來了...RocketMQ掃盲篇

又是好久沒有寫部落格了，雖然可以找出無數個沒有寫的部落格的理由，但是說到底，還是一個字「懶」。今天我終於吃了一顆治療懶癌的藥丸，決定寫一篇部落格。介紹什麼好呢，思來想去，還是介紹下RocketMQ吧，畢竟寫了30多篇博客，還沒好好寫過關於MQ的博客呢。本篇部落格比較基礎，不涉及源碼分析，只是掃盲。

MQ有什麼用

解耦

我覺得從某個角度來說，微服務促進了MQ的蓬勃發展，本來一個系統有N多個模組，所有模組都強烈耦合在一起，現在微服務了，一個模組就是一個系統，系統之間肯定需要交互，交互有三種常見的方法，一種是RPC，一種是HTTP，一種就是MQ了。

非同步

原本一個業務分成N步，要一步一步處理，才能把最終的結果回傳給用戶，現在有了MQ，先把最關鍵的部分處理完畢，然後發送訊息到MQ，直接回傳給用戶OK，至於後面的步驟在後台慢慢處理吧，真乃提升使用者體驗的神器。

削峰

某個介面的請求量突然飆升，勢必會對應用程式伺服器、資料庫伺服器造成很大的壓力，現在有了MQ，來多少請求都不在怕的，後台慢慢處理嗆。

RocketMQ簡介

RocketMQ是用Java寫的，是阿里開源的訊息中間件，吸收了Kafka很多優點。 Kafka也是比較熱門的訊息中間件，不過Kafka是用Scala寫的，不利於Java程式設計師去閱讀原始碼，也不利於Java程式設計師做一些客製化的開發。接觸過Kafka的小夥伴都知道，要用好Kafka實屬不易，相對來說，RocketMQ簡單多了，而且RocketMQ有阿里加持，經歷了N次雙11的考驗，比較適合國內互聯網公司，所以國內使用RocketMQ的公司很多。

RocketMQ四大元件

圖片來自gitee.com/mirrors/roc…

可以看到RocketMQ主要有四個元件：

#NameServer

無狀態服務，註冊中心，可叢集部署，但NameServer節點之間沒有任何資料互動。
Borker會以定時把Topic路由資訊回報給所有的NameServer。 Producer、Consumer會隨機選擇一個NameServer定時Topic更新路由資訊。
Topic路由資訊在NameServer叢集中採用最終一致性。
保證AP。

Borker

RocketMQ的服務端，用於儲存訊息、分發訊息。
Borker會定時把自己擁有的所有的Topic路由資訊回報給NameServer。
Borker有兩個角色：Master、Follower，Master承擔讀取（消費訊息）寫入（生產訊息）操作，如果Master比較忙，或者不可用，Follower可以承擔讀取操作。 BorkerId=0，代表是Matser，BorkerId!=0，代表是Follower，需要注意的有兩點：其一，目前為止，BorkerId=1的Follower才可以承擔讀取操作；其二，只有較高版本的RocketMQ支援當Master節點掛掉，Follower自動升級到Master。

Producer

生產者，每隔一段時間就會向NameServer發起Topic的路由資訊查詢。

Consumer

消費者，每隔一段時間就會向NameServer發起Topic的路由資訊查詢。

為什麼註冊中心不選用Zookeeper

其實，在低版本的RocketMQ中，確實是選用Zookeeper作為註冊中心的，但是後面改成了現在的NameServer，猜想主要原因是：

RocketMQ已經是一個中間件了，不想再依賴其他中間件。
Zookeeper比較重，有很多功能RocketMQ是用不到的，不如寫一個輕量級的註冊中心。
Zookeeper是CP，一旦觸發領導選舉，那麼註冊中心就不可用了，而RocketMQ的註冊中心，不需要強一致性，只要保證最終一致性。

RocketMQ訊息領域模型

Message

#傳送的訊息。
訊息必須有Topic。
訊息可以有多個Tag和多個Key，可以看做訊息的附加屬性。

Topic

一類訊息的集合。
每個訊息必須有一個Topic。
訊息的第一級類型。

Group

分為ProducerGroup，ConsumerGroup，我們更多的是關注ConsumerGroup，ConsumerGroup包含多個Consumer。

在集群消費模式下，一個ConsumerGroup下的Consumer共同消費一個Topic，且每個Consumer會被分配到N個隊列，但是一個隊列只會被一個Consumer消費，不同的ConsumerGroup可以消費同一個Topic，一則訊息會被訂閱此Topic的所有ConsumerGroup消耗。

Queue

一個Topic預設包含四個Queue。
在叢集消費模式下，同一個ConsumerGroup中的Consumer可以消費多個Queue的訊息，但是一個Queue只能被一個Consumer消耗。
Queue中的消息是有序的。
分為讀Queue和寫Queue，一般來說，讀Queue的數量和寫Queue的數量是一致的，否則很容易出問題。

消費模式

消費模式有兩種：Clustering（群集消費）和Broadcasting（廣播消費）。

和其他MQ不同，其他MQ是在發送訊息的時候，指定是叢集消費還是廣播消費，RocketMQ是在消費者端設定是叢集消費還是廣播消費。

Clustering（集群消費）

預設情況下是集群消費模式，該模式下，ConsumerGroup所有的Consumer共同消費一個Topic的消息，每個Consumer負責消費N個隊列的消息（N也可能為1，甚至是0，沒有分配到隊列），但是一個隊列只會被一個Consumer消費。如果某個Consumer掛掉，ConsumerGroup下的其他Consumer會接替掛掉的Consumer繼續消費。

叢集消費模式下，消費進度維護在Borker端，儲存路徑為${ROCKET_HOME}/store/config/ consumerOffset.json，如下圖所示：使用topicName@consumerGroupName為Key，消費進度為Value，Value的形式是queueId:offset ，說明如果有多個ConsumerGroup，每個ConsumerGroup的消費進度是不同的，需要分開來儲存。

Broadcasting（廣播消費）

廣播消費訊息會發給ConsumerGroup中所有的Consumer。

廣播消費模式下，消費進度維護在Consumer端。

消費隊列負載演算法與重平衡機制

消費隊列負載演算法

我們知道了在叢集消費模式下，ConsumerGroup下所有的Consumer共同消費一個Topic的消息，每個Consumer負責消費N個隊列的訊息，那麼具體是如何分配的呢？這就牽涉到消費隊列負載演算法了。

RocketMQ提供了眾多的消費隊列負載演算法，其中最常用的是兩種演算法，即AllocateMessageQueueAveragely、AllocateMessageQueueAveragelyByCircle。下面我們來看下這兩個演算法的差別。

假設，現在一個Topic有16個佇列，用q0~q15表示，有3個Consumer，用c0-c2表示。

以AllocateMessageQueueAveragely消費佇列負載演算法的結果如下：

c0：q0 q1 q2 q3 q4 q5
#c1：q6 q7 q8 q9 q10

################################################################## ##c2：q11 q12 q13 q14 q15#########用AllocateMessageQueueAveragelyByCircle消費隊列負載算法的結果如下：#########c0：q0 q3 q6 q9 q12 q15##### #c1：q1 q4 q7 q10 q13######c2：q2 q5 q8 q11 q14#########ConsumerGroup下所有的Consumer共同消費一個Topic的訊息，每個Consumer負責消費N個隊列的消息，但是一個隊列不能同時被N個Consumer消費，這意味著什麼？ ######聰明的你一定可以想到，如果一個Topic只有4個隊列，而有5個Consumer，那麼有一個Consumer將不能分配到任何隊列，所以在RocketMQ中，Topic下隊列的個數直接決定了Consumer的最大個數，也就說明，不能光靠增加Consumer來提高消費速度。 ###

重平衡

雖然建議在創建Topic的時候，就應該充分考慮隊列的個數，但是實際情況往往是不盡人意的，即使隊列數沒有改變，Consumer的數量也一定會改變，像是Consumer的上下線，像是某個Consumer掛了，像是新增了Consumer。隊列的擴容、縮容，Consumer的擴容、縮容都會導致重平衡，也就是為Consumer重新分配消費的隊列。

在RocketMQ中，Consumer會定時查詢Topic的佇列的個數，Consumer的個數，如果發生了改變，就會觸發重平衡。

重平衡是RocketMQ內部實現的，程式設計師無需關心。

Pull OR Push？

一般來說，MQ有兩種方法來取得訊息：

Pull：Consumer主動拉取訊息，好處是Consumer可以控制拉取訊息的頻率，條數，Consumer知道自己的消費能力，所以在Consumer端不容易造成消息堆積，但是實時性不是太好，效率相對較低。
Push：Broker主動發送訊息，好處是即時性、效率比較高，但是Broker無法知道Consumer端的消費能力，如果發給Consumer的訊息過多，會造成Consumer端的訊息堆積；如果發給Consumer的資料太少，又會造成Consumer端的空閒。

不管是Pull，還是Push，Consumer總是會與Broker產生交互，交互的方式一般有短連接、長連接、輪詢三種方式。

看起來，RocketMQ支援既支援Pull，也支援Push，但實際上Push也是用Pull實現的，那麼Consumer又是怎麼與Broker產生互動的呢？

這就是RocketMQ設計的巧妙的地方了，既不是短連接，也不是長連接，也不是輪詢，而是採用的長輪詢。

長輪詢

Consumer發起拉取訊息的請求，分為兩種情況：

有訊息：Consumer拿到訊息後，連線中斷。
沒有訊息：Borker Hold（保持）住連線一定時間，每隔5秒，檢查下是否有訊息，如果有訊息，給Consumer，連線中斷。

事務訊息

RocketMQ支援事務訊息，Producer把事務訊息傳送給Broker後，Broker會把訊息儲存在系統Topic：RMQ_SYS_TRANS_HALF_TOPIC#，這樣Consumer就無法消費到這則訊息了。

Broker會有一個定時任務，消費RMQ_SYS_TRANS_HALF_TOPIC的訊息，向Producer發起回查，回查的狀態有三種：提交、回滾、未知。

如果回查的狀態是提交，回滾，會觸發訊息的提交和回滾；
如果是未知，會等待下一次回查，RocketMQ可以設定一條訊息的回查間隔與回查次數，超過一定的回查次數，訊息會自動回滾。

延遲訊息

延遲訊息是指息發到Broker後，不能立刻被Consumer消費，需要等待一定的時間才可以被消費到，RocketMQ只支援特定的延遲時間：1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h。

消費形式

RocketMQ支援兩種消費形式：並發消費、順序消費。如果是順序消費，需要保證排序的訊息在同一個佇列。如何選擇隊列發送呢，RocketMQ發送訊息的方法有好幾個重載，其中有一個重載方法來支援隊列的選擇。

同步刷盤、非同步刷盤

Producer把訊息送到Borker中，Borker是需要把訊息持久化的，RocketMQ支援兩種持久化策略：

#同步刷盤：Borker把訊息持久後才回給Producer，好處是訊息可靠性高，但效率較慢。
非同步刷盤：Broker把訊息寫入PageCache中，就回傳ACK給Producer。好處是效率極高，但如果伺服器掛了，訊息可能會遺失，如果只是RocketMQ服務掛了，不會造成訊息遺失。

同步複製、非同步複製

為了MQ的可靠性、可用性，在生產環境，一般會部署Follower節點，Follower節點會複製Master的數據，RocketMQ支援兩種持複製策略：

同步複製：Master、Follower都把訊息寫入成功，才回傳ACK給Producer，可靠性較高，但效率較慢。
非同步複製：只要Master寫入成功，就回傳ACK給Producer，效率較高，但可能會遺失訊息。

"寫入"是寫入PageCache，還是寫入硬碟，要看Follower Broker的設定。

再談談Producer

RocketMQ提供了三種傳送訊息的方法：

oneway：fire and forget，單向訊息，指訊息發送出去後，就不管了，這個方法是沒有回傳值的。
同步：訊息發送出去後，同步等待Borker的回應。
非同步：訊息發送出去後，立即返回，收到Boker的回應後，會執行函調方法。

在實際開發中，一般選用同步方法，如果要提高RocketMQ的效能，一般都是修改Borker端的參數，特別是刷盤策略和複製策略。

傳送訊息重試

訊息傳送時，如果使用了MessageQueueSelector，那麼訊息傳送的重試機制將會失效。

發送訊息回應可能為以下四種：

public enum SendStatus {
    SEND_OK,
    FLUSH_DISK_TIMEOUT,
    FLUSH_SLAVE_TIMEOUT,
    SLAVE_NOT_AVAILABLE,
}复制代码

除了第一種，其他情況都是有問題的，為了保證訊息不會遺失，需要設定Producer參數：RetryAnotherBrokerWhenNotStoreOK 為true。

故障規避機制

如果訊息發送失敗了，重試的時候，還是發送給這個Borker，那麼大概率發送還是失敗的，RockteMQ設計精巧之處在於，重試的時候，會自動避開這個Borker，而選擇其他Borker，但是目前為止，異步發送沒有那麼智能，只會在一個Borker上重試，所以強烈建議選擇同步發送方式。

RocketMQ提供了兩種故障規避機制。用參數SendLatencyFaultEnable來控制。

false：預設值，只有在重試的時候，才會啟用故障規避機制，例如發送訊息給BorkerA失敗了，重試的時候，會選擇BorkerB，但是下次發送訊息，還是會選擇發送給BorkerA。
true：開啟延遲退避機制，一旦訊息發送給BorkerA失敗，就會悲觀的認為在一段時間內，BorkerA不可用，在將來的一段時間內，不會再向BorkerA發送訊息。

延遲退避機制看起來很好用，但是一般來說Borker端繁忙，導致Borker不可用或網路不可用只是一瞬間的事情，馬上就可以恢復，如果開啟了延遲退避機制，本來可用的Borker在一段時間內卻被規避了，其他Borker更加繁忙，那可能情況更糟。

再談談Consumer

Consumer執行緒注意事項

Consumer有兩個參數，可以消耗的平行度，也就是ConsumeThreadMin、 ConsumeThreadMax，看起來給人的感覺是，如果Consumer端堆積訊息比較少，消費執行緒數為ConsumeThreadMin；如果Consumer端堆積訊息比較多，就自動開啟新的執行緒來消費，直到消費線程數為ConsumeThreadMax。但不是這樣，Consumer內部持有一個執行緒池，選用的是無界隊列，也就是ConsumeThreadMax參數是無效的，所以在實際開發中，ConsumeThreadMin、 ConsumeThreadMax往往設定成一樣。

ConsumeFromWhere

如果查詢不到消費進度的時候，Consumer從哪裡開始消費，RocketMQ支援從最新消息、最早訊息、指定時間戳這三種方式進行消費。

消費訊息重試

RocketMQ會為每個ConsumerGroup都設定一個Topic名稱為%RETRY% consumerGroup的重試佇列，用來儲存需要給ConsumerGroup重試的訊息，但重試需要一定的延時時間，RocketMQ對於重試訊息的處理是先儲存至Topic名稱為SCHEDULE_TOPIC_XXXX的延遲佇列中，後台定時任務依照對應的時間進行Delay後重新儲存至%RETRY% consumerGroup的重試佇列中。

訊息堆積、消費能力不夠，怎麼辦

#提高消費進度，這是最好的方法。
增加佇列，增加Consumer。
原先的Consumer作為搬磚工，依照一定的規則把訊息「搬」到多個新的Topic，再開幾個ConsumerGroup去消費不同的Topic。
新開一個ConsumerGroup去消費，也就是兩個ConsumerGroup同時消費一個Topic，但是需要注意offset的判斷，比如一個ConsumerGroup消費offset為奇數的消息，一個ConsumerGroup消費offset為偶數的消息。

本來以為寫掃盲文，應該會寫的很順，但是還是想太多了，因為是掃盲文，面向的是沒有怎麼接觸過RocketMQ的小伙伴，但是RocketMQ有沒有那麼簡單，不可能用一篇博客，就讓沒有怎麼接觸過RocketMQ的小伙伴順利入門，所以在寫博客的時候，一直在想，這個東西重要嗎，需要仔細描述嗎；這個東西可以忽視，可以不介紹嗎等等，大家可以看到本文基本上都是在介紹各種概念，幾乎沒有牽涉到API的層面，因為一旦牽涉到API，那麼估計寫兩個星期也寫不完。