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深入理解阿里分布式消息中间件之消息队列

程序员文章站 2022-12-21 09:52:39
写这篇文章,就是希望读者把本文提出的这几个问题,经过深刻的准备后,一般来说,能囊括大部分的消息队列的知识点。 ......

1、为什么要使用消息队列?

分析:一个用消息队列的人,不知道为啥用,有点尴尬。没有复习这点,很容易被问蒙,然后就开始胡扯了。

回答:这个问题,咱只答三个最主要的应用场景(不可否认还有其他的,但是只答三个主要的),即以下六个字:解耦、异步、削峰

(1)解耦

传统模式:

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传统模式的缺点:

  • 系统间耦合性太强,如上图所示,系统a在代码中直接调用系统b和系统c的代码,如果将来d系统接入,系统a还需要修改代码,过于麻烦!

 

中间件模式:

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中间件模式的的优点:

  • 将消息写入消息队列,需要消息的系统自己从消息队列中订阅,从而系统a不需要做任何修改。

 

(2)异步

传统模式:

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传统模式的缺点:

  • 一些非必要的业务逻辑以同步的方式运行,太耗费时间。

中间件模式:

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中间件模式的的优点:

  • 将消息写入消息队列,非必要的业务逻辑以异步的方式运行,加快响应速度

(3)削峰

传统模式

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传统模式的缺点:

  • 并发量大的时候,所有的请求直接怼到数据库,造成数据库连接异常

 

中间件模式:

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中间件模式的的优点:

  • 系统a慢慢的按照数据库能处理的并发量,从消息队列中慢慢拉取消息。在生产中,这个短暂的高峰期积压是允许的。

2、使用了消息队列会有什么缺点?

分析:一个使用了mq的项目,如果连这个问题都没有考虑过,就把mq引进去了,那就给自己的项目带来了风险。

我们引入一个技术,要对这个技术的弊端有充分的认识,才能做好预防。要记住,不要给公司挖坑!

回答:回答也很容易,从以下两个个角度来答

  • 系统可用性降低:
  • 你想啊,本来其他系统只要运行好好的,那你的系统就是正常的。
  • 现在你非要加个消息队列进去,那消息队列挂了,你的系统不是呵呵了。因此,系统可用性降低
  • 系统复杂性增加:
  • 要多考虑很多方面的问题,比如一致性问题、如何保证消息不被重复消费,如何保证保证消息可靠传输。
  • 因此,需要考虑的东西更多,系统复杂性增大。

但是,我们该用还是要用的。

3、消息队列如何选型?

先说一下,博主只会activemq,rabbitmq,rocketmq,kafka,对什么zeromq等其他mq没啥理解,因此只能基于这四种mq给出回答。

分析:既然在项目中用了mq,肯定事先要对业界流行的mq进行调研,如果连每种mq的优缺点都没了解清楚,就拍脑袋依据喜好,用了某种mq,还是给项目挖坑。

如果面试官问:"你为什么用这种mq?。"你直接回答"领导决定的。"这种回答就很low了。

还是那句话,不要给公司挖坑。

我们可以看出,rabbitmq版本发布比activemq频繁很多。至于rocketmq和kafka就不带大家看了,总之也比activemq活跃的多。详情,可自行查阅。

再来一个性能对比表

 

深入理解阿里分布式消息中间件之消息队列

 

 

综合上面的材料得出以下两点:

(1)中小型软件公司,建议选rabbitmq.

一方面,erlang语言天生具备高并发的特性,而且他的管理界面用起来十分方便。

正所谓,成也萧何,败也萧何!他的弊端也在这里,虽然rabbitmq是开源的,然而国内有几个能定制化开发erlang的程序员呢?

所幸,rabbitmq的社区十分活跃,可以解决开发过程中遇到的bug,这点对于中小型公司来说十分重要。

不考虑rocketmq和kafka的原因是,一方面中小型软件公司不如互联网公司,数据量没那么大,选消息中间件,应首选功能比较完备的,所以kafka排除。

不考虑rocketmq的原因是,rocketmq是阿里出品,如果阿里放弃维护rocketmq,中小型公司一般抽不出人来进行rocketmq的定制化开发,因此不推荐。

(2)大型软件公司,根据具体使用在rocketmq和kafka之间二选一

一方面,大型软件公司,具备足够的资金搭建分布式环境,也具备足够大的数据量。

针对rocketmq,大型软件公司也可以抽出人手对rocketmq进行定制化开发,毕竟国内有能力改java源码的人,还是相当多的。

至于kafka,根据业务场景选择,如果有日志采集功能,肯定是首选kafka了。具体该选哪个,看使用场景。

4、如何保证消息队列是高可用的?

分析:在第二点说过了,引入消息队列后,系统的可用性下降。在生产中,没人使用单机模式的消息队列。

因此,作为一个合格的程序员,应该对消息队列的高可用有很深刻的了解。

如果面试的时候,面试官问,你们的消息中间件如何保证高可用的?

如果你的回答只是表明自己只会订阅和发布消息,面试官就会怀疑你是不是只是自己搭着玩,压根没在生产用过。

因此,请做一个爱思考,会思考,懂思考的程序员。

回答:这问题,其实要对消息队列的集群模式要有深刻了解,才好回答。

以rcoketmq为例,他的集群就有多master 模式、多master多slave异步复制模式、多 master多slave同步双写模式。

多master多slave模式部署架构图(网上找的,偷个懒,懒得画):

深入理解阿里分布式消息中间件之消息队列

 

其实博主第一眼看到这个图,就觉得和kafka好像,只是nameserver集群,在kafka中是用zookeeper代替,都是用来保存和发现master和slave用的。

通信过程如下:

producer 与 nameserver集群中的其中一个节点(随机选择)建立长连接,定期从 nameserver 获取 topic 路由信息,并向提供 topic 服务的 broker master 建立长连接,且定时向 broker 发送心跳。

producer 只能将消息发送到 broker master,但是 consumer 则不一样,它同时和提供 topic 服务的 master 和 slave建立长连接,既可以从 broker master 订阅消息,也可以从 broker slave 订阅消息。

那么kafka呢,为了对比说明直接上kafka的拓补架构图(也是找的,懒得画)

深入理解阿里分布式消息中间件之消息队列

 

如上图所示,一个典型的kafka集群中包含若干producer(可以是web前端产生的page view,或者是服务器日志,系统cpu、memory等),若干broker(kafka支持水平扩展,一般broker数量越多,集群吞吐率越高),若干consumer group,以及一个zookeeper集群。

kafka通过zookeeper管理集群配置,选举leader,以及在consumer group发生变化时进行rebalance。

producer使用push模式将消息发布到broker,consumer使用pull模式从broker订阅并消费消息。

至于rabbitmq,也有普通集群和镜像集群模式,自行去了解,比较简单,两小时即懂。

要求,在回答高可用的问题时,应该能逻辑清晰的画出自己的mq集群架构或清晰的叙述出来。

5、如何保证消息不被重复消费?

分析:这个问题其实换一种问法就是,如何保证消息队列的幂等性?

这个问题可以认为是消息队列领域的基本问题。换句话来说,是在考察你的设计能力,这个问题的回答可以根据具体的业务场景来答,没有固定的答案。

回答:先来说一下为什么会造成重复消费?

其实无论是那种消息队列,造成重复消费原因其实都是类似的。

正常情况下,消费者在消费消息时候,消费完毕后,会发送一个确认信息给消息队列,消息队列就知道该消息被消费了,就会将该消息从消息队列中删除。只是不同的消息队列发送的确认信息形式不同

例如rabbitmq是发送一个ack确认消息,rocketmq是返回一个consume_success成功标志,kafka实际上有个offset的概念

简单说一下(如果还不懂,可以关注我的公众号:java技术zhai,里面有讲解),就是每一个消息都有一个offset,kafka消费过消息后,需要提交offset,让消息队列知道自己已经消费过了。

那造成重复消费的原因?

就是因为网络传输等等故障,确认信息没有传送到消息队列,导致消息队列不知道自己已经消费过该消息了,再次将该消息分发给其他的消费者。

如何解决?这个问题针对业务场景来答分以下几点

(1)比如,你拿到这个消息做数据库的insert操作。

那就容易了,给这个消息做一个唯一主键,那么就算出现重复消费的情况,就会导致主键冲突,避免数据库出现脏数据。

(2)再比如,你拿到这个消息做redis的set的操作

那就容易了,不用解决。因为你无论set几次结果都是一样的,set操作本来就算幂等操作。

(3)如果上面两种情况还不行,上大招。

准备一个第三方介质,来做消费记录。以redis为例,给消息分配一个全局id,只要消费过该消息,将以k-v形式写入redis。那消费者开始消费前,先去redis中查询有没消费记录即可。

6、如何保证消费的可靠性传输?

分析:我们在使用消息队列的过程中,应该做到消息不能多消费,也不能少消费。如果无法做到可靠性传输,可能给公司带来千万级别的财产损失。

同样的,如果可靠性传输在使用过程中,没有考虑到,这不是给公司挖坑么,你可以拍拍屁股走了,公司损失的钱,谁承担。

还是那句话,认真对待每一个项目,不要给公司挖坑

回答:其实这个可靠性传输,每种mq都要从三个角度来分析:生产者弄丢数据、消息队列弄丢数据、消费者弄丢数据

rabbitmq

(1)生产者丢数据

从生产者弄丢数据这个角度来看,rabbitmq提供transaction和confirm模式来确保生产者不丢消息。

transaction机制就是说,发送消息前,开启事物(channel.txselect()),然后发送消息,如果发送过程中出现什么异常,事物就会回滚(channel.txrollback()),如果发送成功则提交事物(channel.txcommit())。

然而缺点就是吞吐量下降了。因此,按照博主的经验,生产上用confirm模式的居多。

一旦channel进入confirm模式,所有在该信道上面发布的消息都将会被指派一个唯一的id(从1开始)

一旦消息被投递到所有匹配的队列之后,rabbitmq就会发送一个ack给生产者(包含消息的唯一id)

这就使得生产者知道消息已经正确到达目的队列了.如果rabiitmq没能处理该消息,则会发送一个nack消息给你,你可以进行重试操作。

处理ack和nack的代码如下所示(说好不上代码的,偷偷上了):

 

channel.addconfirmlistener(new confirmlistener() {
 @override
 public void handlenack(long deliverytag, boolean multiple) throws ioexception {
 system.out.println("nack: deliverytag = "+deliverytag+" multiple: "+multiple);
 }
 @override
 public void handleack(long deliverytag, boolean multiple) throws ioexception {
 system.out.println("ack: deliverytag = "+deliverytag+" multiple: "+multiple);
 }
});

 

(2)消息队列丢数据

处理消息队列丢数据的情况,一般是开启持久化磁盘的配置。

这个持久化配置可以和confirm机制配合使用,你可以在消息持久化磁盘后,再给生产者发送一个ack信号。

这样,如果消息持久化磁盘之前,rabbitmq阵亡了,那么生产者收不到ack信号,生产者会自动重发。

那么如何持久化呢,这里顺便说一下吧,其实也很容易,就下面两步

1、将queue的持久化标识durable设置为true,则代表是一个持久的队列

2、发送消息的时候将deliverymode=2

这样设置以后,rabbitmq就算挂了,重启后也能恢复数据

(3)消费者丢数据

消费者丢数据一般是因为采用了自动确认消息模式。

这种模式下,消费者会自动确认收到信息。这时rahbitmq会立即将消息删除,这种情况下如果消费者出现异常而没能处理该消息,就会丢失该消息。

至于解决方案,采用手动确认消息即可。

kafka

深入理解阿里分布式消息中间件之消息队列

 

producer在发布消息到某个partition时,先通过zookeeper找到该partition的leader

然后无论该topic的replication factor为多少(也即该partition有多少个replica),producer只将该消息发送到该partition的leader。

leader会将该消息写入其本地log。每个follower都从leader中pull数据。

针对上述情况,得出如下分析

(1)生产者丢数据

在kafka生产中,基本都有一个leader和多个follwer。follwer会去同步leader的信息。

因此,为了避免生产者丢数据,做如下两点配置

  1. 第一个配置要在producer端设置acks=all。这个配置保证了,follwer同步完成后,才认为消息发送成功。
  2. 在producer端设置retries=max,一旦写入失败,这无限重试

(2)消息队列丢数据

针对消息队列丢数据的情况,无外乎就是,数据还没同步,leader就挂了,这时zookpeer会将其他的follwer切换为leader,那数据就丢失了。

针对这种情况,应该做两个配置。

  1. replication.factor参数,这个值必须大于1,即要求每个partition必须有至少2个副本
  2. min.insync.replicas参数,这个值必须大于1,这个是要求一个leader至少感知到有至少一个follower还跟自己保持联系

这两个配置加上上面生产者的配置联合起来用,基本可确保kafka不丢数据

(3)消费者丢数据

这种情况一般是自动提交了offset,然后你处理程序过程中挂了。kafka以为你处理好了。

再强调一次offset是干嘛的

offset:指的是kafka的topic中的每个消费组消费的下标。

简单的来说就是一条消息对应一个offset下标,每次消费数据的时候如果提交offset,那么下次消费就会从提交的offset加一那里开始消费。

比如一个topic中有100条数据,我消费了50条并且提交了,那么此时的kafka服务端记录提交的offset就是49(offset从0开始),那么下次消费的时候offset就从50开始消费。

解决方案也很简单,改成手动提交即可。

activemq和rocketmq

大家自行查阅吧,如果想偷懒,也可以关注我的公众号:java技术zhai,里面有讲解过这一块的内容。

7、如何保证消息的顺序性?

分析:其实并非所有的公司都有这种业务需求,但是还是对这个问题要有所复习。

回答:针对这个问题,通过某种算法,将需要保持先后顺序的消息放到同一个消息队列中(kafka中就是partition,rabbitmq中就是queue)。然后只用一个消费者去消费该队列。

有的人会问:那如果为了吞吐量,有多个消费者去消费怎么办?

这个问题,没有固定回答的套路。比如我们有一个微博的操作,发微博、写评论、删除微博,这三个异步操作。如果是这样一个业务场景,那只要重试就行。

比如你一个消费者先执行了写评论的操作,但是这时候,微博都还没发,写评论一定是失败的,等一段时间。等另一个消费者,先执行写评论的操作后,再执行,就可以成功。

总之,针对这个问题,我的观点是保证入队有序就行,出队以后的顺序交给消费者自己去保证,没有固定套路。

总结

写到这里,希望读者把本文提出的这几个问题,经过深刻的准备后,一般来说,能囊括大部分的消息队列的知识点。

如果面试官不问这几个问题怎么办,简单,自己把几个问题讲清楚,突出以下自己考虑的全面性。

最后,其实我不太提倡这样突击复习,希望大家打好基本功,做一个爱思考,懂思考,会思考的程序员。