SpringCloud之RabbitMQ消息队列原理及配置

　　本篇章讲解RabbitMQ的用途、原理以及配置，RabbitMQ的安装请查看SpringCloud之RabbitMQ安装

一、MQ用途

　　1、同步变异步消息

　　场景：用户下单完成后，发送邮件和短信通知。

　　运用消息队列之后，用户下单完之后，下单信息写入数据库，再写入消息队列，发送邮件和发送短信各自去消息队列进行读取，节省时间，提高效率。

　　　　　　

　　2、应用解耦

　　场景：用户下单后，订单系统需要多渠道通知用户。

　　下单服务系统：用户使用下单服务后，将下单信息写入数据库，下单成功。

　　短信服务系统：用户下单后，将短信信息写入消息队列，以发送短信信息通知用户交易信息。

　　邮件服务系统：用户下单后，将邮件信息写入消息队列，以发送邮件信息通知用户交易信息。

　　这样，如果微信通知不能正常使用，也不影响用户下单，用户下单后，只用把下单通知信息写入消息队列，不用关心后续操作，实现了订单系统和通知系统的解耦。

　　　　　　　　　　　　

　　3、流量削峰

　　一般在秒杀或者团购活动中使用。

　　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。针对这个问题，一般需要在应用前端加入消息队列。

　　　　a.可以控制活动的人数

　　　　b.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，如果消息队列的数量大于最大的数量，则直接抛弃用户请求或者跳转错误页面。

　　　　　　　　　　　　　　　　

二、RabbitMQ原理介绍

　　如图所示：

　　　　

　　各组件意义如下：

　　

三、RabbitMQ应用

　　RabbitMQ包依赖（spring-boot-starter-amqp）：

<!-- rabbitMQ的依赖。rabbitmq已经被spring-boot做了整合访问实现。
    spring cloud也对springboot做了整合逻辑。所以rabbitmq的依赖可以在spring cloud中直接使用。
 -->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
</dependency>

　　1、Direct交换器

　　是一种点对点，实现发布/订阅标准的交换器。Producer发送消息到RabbitMQ中，MQ中的Direct交换器接受到消息后，会根据Routing Key来决定这个消息要发送到哪一个队列中。Consumer则负责注册一个队列监听器，来监听队列的状态，当队列状态发生变化时，消费消息。注册队列监听需要提供交换器信息，队列信息和路由键信息。

　　这种交换器通常用于点对点消息传输的业务模型中。如电子邮箱。

　　如下图所示日志处理MQ示例：

　　　　　　　　　　　　

　　Producer全局配置文件：

spring.application.name=direct-producer
server.port=8082

# 必要配置
# 配置rabbitmq链接相关信息。key都是固定的。是springboot要求的。
# rabbitmq安装位置
spring.rabbitmq.host=localhost
# rabbitmq的端口
spring.rabbitmq.port=5672
# rabbitmq的用户名
spring.rabbitmq.username=test
# rabbitmq的用户密码
spring.rabbitmq.password=123456

# 可选配置
# 配置producer中操作的Queue和Exchange相关信息的。key是自定义的。为了避免硬编码（代码中可以写死）。
# exchange的命名。交换器名称可以随意定义。
mq.config.exchange=log.direct
# 路由键， 是定义某一个路由键。 info级别日志使用的queue的路由键。
mq.config.queue.info.routing.key=log.info.routing.key
# 路由键，error级别日志使用的queue的路由键。
mq.config.queue.error.routing.key=log.error.routing.key

　　Producer消息发送类：

/**
 * 消息发送者 - Producer。
 * @Component Producer类型的对象，必须交由Spring容器管理。
 * 使用SpringBoot提供的AMQP启动器，来访问rabbitmq的时候，都是通过AmqpTemplate来实现的。
 * 如果全局配置文件中，配置了rabbitmq相关内容，且工程依赖了starter-amqp，则spring容器自动创建AmqpTemplate对象。
 */
@Component
public class Sender {

    @Autowired
    private AmqpTemplate rabbitAmqpTemplate;
    
    //exchange 交换器名称
    @Value("${mq.config.exchange}")
    private String exchange;
    
    //routingkey 路由键
    @Value("${mq.config.queue.info.routing.key}")
    private String routingkey;
    /*
     * 发送消息的方法
     */
    public void send(LogMessage msg){
        /**
         * convertAndSend - 转换并发送消息的template方法。
         * 是将传入的普通java对象，转换为rabbitmq中需要的message类型对象，并发送消息到rabbitmq中。
         * 参数一：交换器名称。 类型是String
         * 参数二：路由键。 类型是String
         * 参数三：消息，是要发送的消息内容对象。类型是Object
         */
        this.rabbitAmqpTemplate.convertAndSend(this.exchange, this.routingkey, msg);
    }
}

　　Producer实体类：

/**
 * 消息内容载体，在rabbitmq中，存储的消息可以是任意的java类型的对象。
 * 强制要求，作为消息数据载体的类型，必须是Serializable的。
 * 如果消息数据载体类型未实现Serializable，在收发消息的时候，都会有异常发生。
 */
public class LogMessage implements Serializable {

    private Long id;
    private String msg;
    private String logLevel;
    private String serviceType;
    private Date createTime;
    private Long userId;
    public LogMessage() {
        super();
    }
    public LogMessage(Long id, String msg, String logLevel, String serviceType, Date createTime, Long userId) {
        super();
        this.id = id;
        this.msg = msg;
        this.logLevel = logLevel;
        this.serviceType = serviceType;
        this.createTime = createTime;
        this.userId = userId;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "LogMessage [id=" + id + ", msg=" + msg + ", logLevel=" + logLevel + ", serviceType=" + serviceType
                + ", createTime=" + createTime + ", userId=" + userId + "]";
    }
    public Long getId() {
        return id;
    }
    public void setId(Long id) {
        this.id = id;
    }
    public String getMsg() {
        return msg;
    }
    public void setMsg(String msg) {
        this.msg = msg;
    }
    public String getLogLevel() {
        return logLevel;
    }
    public void setLogLevel(String logLevel) {
        this.logLevel = logLevel;
    }
    public String getServiceType() {
        return serviceType;
    }
    public void setServiceType(String serviceType) {
        this.serviceType = serviceType;
    }
    public Date getCreateTime() {
        return createTime;
    }
    public void setCreateTime(Date createTime) {
        this.createTime = createTime;
    }
    public Long getUserId() {
        return userId;
    }
    public void setUserId(Long userId) {
        this.userId = userId;
    }
    
}

　　Producer消息产生测试类：

/**
 * Direct交换器
 * Producer测试。
 * 注意：
 * 在rabbitmq中，consumer都是listener监听模式消费消息的。
 * 一般来说，在开发的时候，都是先启动consumer，确定有什么exchange、queue、routing-key，然后再启动producer。
 * 然后再启动producer发送消息，。
 */
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest(classes=SpringbootServerApplication.class)
public class QueueTest {

    @Autowired
    private Sender sender;
    
    /*
     * 测试消息队列
     */
    @Test
    public void testSend()throws Exception{
        Long id = 1L;
        while(true){
            Thread.sleep(1000);
            this.sender.send(new LogMessage(id,"test log", "info", "订单服务", new Date(), id));
            id++;
        }
    }
}

　　Consumer全局配置：

spring.application.name=direct-consumer
server.port=8083

spring.rabbitmq.host=localhost
spring.rabbitmq.port=5672
spring.rabbitmq.username=test
spring.rabbitmq.password=123456

# 自定义配置。 配置交换器exchange、路由键routing-key、队列名称 queue name；在RabbitMQ中队列的生成
# 交换器名称
mq.config.exchange=log.direct
# info级别queue的名称
mq.config.queue.info=log.info
# info级别的路由键
mq.config.queue.info.routing.key=log.info.routing.key
# error级别queue的名称
mq.config.queue.error=log.error
# error级别的路由键
mq.config.queue.error.routing.key=log.error.routing.key

　　Consumer消费者：

/**
 * 消息接收者 - consumer
 * 
 * @RabbitListener - 可以注解类和方法。
 *  注解类，当表当前类的对象是一个rabbit listener。
 *      监听逻辑明确，可以由更好的方法定义规范。
 *      必须配合@RabbitHandler才能实现rabbit消息消费能力，一个类可以有多个方法，但是仅有一个方法注解@RabbitHandler。
 *  注解方法，代表当前方法是一个rabbit listener处理逻辑。
 *      方便开发，一个类中可以定义若干个listener逻辑。
 *      方法定义规范可能不合理。如：一个方法的处理逻辑太多，造成方法的bad smell。
 * 
 * @RabbitListener -  代表当前类型是一个rabbitmq的监听器。
 *      bindings:绑定队列
 * @QueueBinding  - @RabbitListener.bindings属性的类型。绑定一个队列。
 *      value:绑定队列， Queue类型。
 *      exchange:配置交换器， Exchange类型。
 *      key:路由键，字符串类型。
 * 
 * @Queue - 队列。
 *      value:队列名称
 *      autoDelete:是否是一个临时队列。
 *          true ：当所有的consumer关闭后，自动删除queue。
 *          false：当任意一个consumer启动并创建queue后，如果queue中有消息未消费，无论是否有consumer继续执行，都保存queue。
 * 
 * @Exchange - 交换器
 *      value:为交换器起个名称
 *      type:指定具体的交换器类型
 */
@Component
@RabbitListener(
            bindings=@QueueBinding(
                    value=@Queue(value="${mq.config.queue.error}",autoDelete="false"),
                    exchange=@Exchange(value="${mq.config.exchange}",type=ExchangeTypes.DIRECT),
                    key="${mq.config.queue.error.routing.key}"
            )
        )
public class ErrorReceiver {

    /**
     * 消费消息的方法。采用消息队列监听机制
     * @RabbitHandler - 代表当前方法是监听队列状态的方法，就是队列状态发生变化后，执行的消费消息的方法。
     * 方法参数。就是处理的消息的数据载体类型。
     */
    @RabbitHandler
    public void process(LogMessage msg){
        System.out.println("Error..........receiver: "+msg);
    }
}

　　2、Topic交换器

　　主题交换器，也称为规则匹配交换器。是通过自定义的模糊匹配规则来决定消息存储在哪些队列中。当Producer发送消息到RabbitMQ中时，MQ中的交换器会根据路由键来决定消息应该发送到哪些队列中。Consumer同样是注册一个监听器到队列，监听队列状态，当队列状态发生变化时，消费消息。注册监听器需要提供交换器信息，队列信息和路由键信息。

　　如下图所示日志处理MQ示例：

　　　　　　　　　　

　　Producer公共配置文件：

spring.application.name=topic-producer

spring.rabbitmq.host=192.168.1.122
spring.rabbitmq.port=5672
spring.rabbitmq.username=test
spring.rabbitmq.password=123456

mq.config.exchange=log.topic

　　Producer的User实体日志发送类：

/**
 * 消息发送者
 */
@Component
public class UserSender {

    @Autowired
    private AmqpTemplate rabbitAmqpTemplate;
    
    //exchange 交换器名称
    @Value("${mq.config.exchange}")
    private String exchange;
    
    /*
     * 发送消息的方法
     */
    public void send(String msg){
        //向消息队列发送消息
        //参数一：交换器名称。
        //参数二：路由键
        //参数三：消息
        this.rabbitAmqpTemplate.convertAndSend(this.exchange,"user.log.debug", "user.log.debug....."+msg);
        this.rabbitAmqpTemplate.convertAndSend(this.exchange,"user.log.info", "user.log.info....."+msg);
        this.rabbitAmqpTemplate.convertAndSend(this.exchange,"user.log.warn","user.log.warn....."+msg);
        this.rabbitAmqpTemplate.convertAndSend(this.exchange,"user.log.error", "user.log.error....."+msg);
    }
}

　　Producer的Order实体日志发送类：

/**
 * 消息发送者
 */
@Component
public class OrderSender {

    @Autowired
    private AmqpTemplate rabbitAmqpTemplate;
    
    //exchange 交换器名称
    @Value("${mq.config.exchange}")
    private String exchange;
    
    /*
     * 发送消息的方法
     */
    public void send(String msg){
        //向消息队列发送消息
        //参数一：交换器名称。
        //参数二：路由键
        //参数三：消息
        this.rabbitAmqpTemplate.convertAndSend(this.exchange,"order.log.debug", "order.log.debug....."+msg);
        this.rabbitAmqpTemplate.convertAndSend(this.exchange,"order.log.info", "order.log.info....."+msg);
        this.rabbitAmqpTemplate.convertAndSend(this.exchange,"order.log.warn","order.log.warn....."+msg);
        this.rabbitAmqpTemplate.convertAndSend(this.exchange,"order.log.error", "order.log.error....."+msg);
    }
}

　　Producer测试类：

/**
 * 消息队列测试类
 * @author Administrator
 *
 */
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest(classes=SpringbootServerApplication.class)
public class QueueTest {

    @Autowired
    private UserSender usersender;
    
    @Autowired
    private ProductSender productsender;
    
    @Autowired
    private OrderSender ordersender;
    
    /*
     * 测试消息队列
     */
    @Test
    public void test() throws InterruptedException{
        while(true){
            Thread.sleep(1000);
            this.usersender.send("UserSender.....");this.ordersender.send("OrderSender......");
        }
    }
}

　　可以看出Producer的发送和Direct没有区别，Consumer的全局配置文件：

spring.application.name=topic-consumer

spring.rabbitmq.host=192.168.1.122
spring.rabbitmq.port=5672
spring.rabbitmq.username=test
spring.rabbitmq.password=123456

mq.config.exchange=log.topic
mq.config.queue.info=log.info
mq.config.queue.error=log.error
mq.config.queue.logs=log.all

　　Consumer中的info日志消费者：

@Component
@RabbitListener(
            bindings=@QueueBinding(
                    value=@Queue(value="${mq.config.queue.info}",autoDelete="true"),
                    exchange=@Exchange(value="${mq.config.exchange}",type=ExchangeTypes.TOPIC),
                    key="*.log.info"
            )
        )
public class InfoReceiver {
    @RabbitHandler
    public void process(String msg){
        System.out.println("......Info........receiver: "+msg);
    }
}

　　Consumer中的全体日志消费者：

/**
 * 和direct交换器的区别是： Exchange的类型为TOPIC。
 * 全日志处理。
 */
@Component
@RabbitListener(
            bindings=@QueueBinding(
                    value=@Queue(value="${mq.config.queue.logs}",autoDelete="true"),
                    exchange=@Exchange(value="${mq.config.exchange}",type=ExchangeTypes.TOPIC),
                    key="*.log.*"
            )
        )
public class LogsReceiver {
    @RabbitHandler
    public void process(String msg){
        System.out.println("......All........receiver: "+msg);
    }
}

　　3、Fanout交换器

　　广播交换器。这种交换器会将接收到的消息发送给绑定的所有队列中。当Producer发送消息到RabbitMQ时，交换器会将消息发送到已绑定的所有队列中，这个过程交换器不会尝试匹配路由键，所以消息中不需要提供路由键信息。Consumer仍旧注册监听器到队列，监听队列状态，当队列状态发生变化，消费消息。注册监听器需要提供交换器信息和队列信息。

　　如下图所示短信、APP推送的MQ示例：

　　　　　　　　

　　由于Producer的测试类和以上无差别，不再赘述，如下Producer的发送类：

/**
 * 消息发送者
 * fanout交换器 - 
 *  使用fanout交换器的时候，交换器是忽略routing-key的匹配。
 *  因为广播不需要考虑路由键的匹配，只考虑在Exchange上绑定了多少个queue，这个由Consumer的配置决定。
 *  会将接受到的消息发送到所有的绑定的queue中，进行消息的缓存。
 */
@Component
public class Sender {

    @Autowired
    private AmqpTemplate rabbitAmqpTemplate;
    
    //exchange 交换器名称
    @Value("${mq.config.exchange}")
    private String exchange;
    
    /*
     * 发送消息的方法
     */
    public void send(String msg){
        //向消息队列发送消息
        //参数一：交换器名称。
        //参数二：路由键　　无需填写，填写了也无效
        //参数三：消息
        this.rabbitAmqpTemplate.convertAndSend(this.exchange,"A", msg);
    }
}

　　如下所示Consumer的SMS消费类：

/**
 * 使用fanout交换器的时候，可以在consumer中省略routing-key的配置。
 * 因为fanout交换器忽略routing-key的匹配，即使配置当type=ExchangeTypes.FANOUT时也无效。
 */
@Component
@RabbitListener(
            bindings=@QueueBinding(
                    value=@Queue(value="${mq.config.queue.sms}",autoDelete="true"),
                    exchange=@Exchange(value="${mq.config.exchange}",type=ExchangeTypes.FANOUT)
            )
        )
public class SmsReceiver {
    @RabbitHandler
    public void process(String msg){
        System.out.println("Sms........receiver: "+msg);
    }
}

　　如Consumer的Publish消费类：

@Component
@RabbitListener(
            bindings=@QueueBinding(
                    value=@Queue(value="${mq.config.queue.push}",autoDelete="true"),
                    exchange=@Exchange(value="${mq.config.exchange}",type=ExchangeTypes.FANOUT)
            )
        )
public class PushReceiver {

    @RabbitHandler
    public void process(String msg){
        System.out.println("Push..........receiver: "+msg);
    }
}

四、RabbitMQ消息可靠性处理

　　前面内容，如果consumer未启动，而producer发送了消息。则消息会丢失。如果consumer先启动，创建queue后，producer发送消息可以正常消费。那么当所有的consumer宕机的时候，queue会auto-delete，消息仍旧会丢失。这种情况，消息不可靠。有丢失的可能。

　　Rabbitmq的消息可靠性处理，分为两部分。

• 消息不丢失。当consumer全部宕机后，消息不能丢失。 ------持久化解决
• 消息不会错误消费。当consumer获取消息后，万一consumer在消费消息的过程中发生了异常，如果rabbitmq一旦发送消息给consumer后立刻删除消息，也会有消息丢失的可能。 -------确认机制解决

　　1、消息持久化

• @Queue注解中的属性 - autoDelete：当所有消费客户端连接断开后，是否自动删除队列 。true：删除   false：不删除
• @Exchange注解中的属性 - autoDelete：当交换器所有的绑定队列都不再使用时，是否自动删除交换器（更粗粒度，不建议）。true：删除   false：不删除

　　2、消息确认机制 ACK - acknowledge

　　什么是消息确认机制？

　　如果在消息处理过程中，消费者的服务器在处理消息时发生异常，那么这条正在处理的消息就很可能没有完成消息的消费，如果RabbitMQ在Consumer消费消息后立刻删除消息，则可能造成数据丢失。为了保证数据的可靠性，RabbitMQ引入了消息确认机制。

• 消息确认机制是消费者Consumer从RabbitMQ中收到消息并处理完成后，反馈给RabbitMQ的，当RabbitMQ收到确认反馈后才会将此消息从队列中删除。
• 如果某Consumer在处理消息时出现了网络不稳定，服务器异常等现象时，那么就不会有消息确认反馈，RabbitMQ会认为这个消息没有正常消费，会将消息重新放入队列中。
• 如果在Consumer集群环境下，RabbitMQ未接收到Consumer的确认消息时，会立即将这个消息推送给集群中的其他Consumer，保证不丢失消息。
• 如果Consumer没有确认反馈，RabbitMQ将永久保存消息。

　　消息确认机制默认都是开启状态的，同时不推荐关闭消息确认机制。

　　注意：如果Consumer没有处理消息确认，将导致严重后果。如：所有的Consumer都没有正常反馈确认信息，并退出监听状态，消息则会永久保存，并处于锁定状态，直到消息被正常消费为止。消息的发送者Producer如果持续发送消息到RabbitMQ，那么消息将会堆积，持续占用RabbitMQ所在服务器的内存，导致“内存泄漏”问题。

　　消息确认机制处理方案：

　　编码异常处理（推荐）

　　通过编码处理异常的方式，保证消息确认机制正常执行。这种处理方案也可以有效避免消息的重复消费。

　　异常处理，不是让Consumer编码catch异常后，直接丢弃消息，或反馈ACK确认消息。而是做异常处理的。该抛的异常，还得抛，保证ACK机制的正常执行。或者使用其他的手法，实现消息的再次处理。如：catch代码块中，将未处理成功的消息，重新发送给MQ。如：catch代码中，本地逻辑的重试（使用定时线程池重复执行任务3次。）

　　配置重试次数处理

　　通常来说，消息重试3次以上未处理成功，就是Consumer开发出现了严重问题。需要修改Consumer代码，提升版本/打补丁之类的处理方案。

　　通过全局配置文件，开启消息消费重试机制，配置重试次数。当RabbitMQ未收到Consumer的确认反馈时，会根据配置来决定重试推送消息的次数，当重试次数使用完毕，无论是否收到确认反馈，RabbitMQ都会删除消息，避免内存泄漏的可能。具体配置如下：

#开启重试
spring.rabbitmq.listener.retry.enabled=true
#重试次数，默认为3次
spring.rabbitmq.listener.retry.max-attempts=5

五、常用MQ产品对比和选择

　　社区活跃度：RabbitMQ > ActiveMQ = RocketMQ > kafka

　　消息持久化：RabbitMQ、ActiveMQ、RocketMQ、kafka都支持持久化。ZeroMQ不支持持久化。

　　高并发： RabbitMQ = kafka > RocketMQ > ActiveMQ。RabbitMQ高并发是基于ErLang的。ErLang本身就是针对高并发提供的一种开发脚本语言。

　　吞吐量：RabbitMQ = kafka > RocketMQ > ActiveMQ。小型项目（并发吞吐低于万级别）使用ActiveMQ。中型项目（并发吞吐10万~100万级），可选RocketMQ、ActiveMQ。大型项目优先考虑RabbitMQ和Kafka。

　　综合技术：RabbitMQ和kafka最好。RocketMQ次之。ActiveMQ最弱。如：可靠性、路由、集群、事务、高可用队列、消息可靠排序、持久化、可视化管理工具等。

　　RabbitMQ和Kafka选择：建议Kafka针对日志处理。其他使用RabbitMQ。商业项目中，如果现有的系统架构已经使用了某一个MQ产品，且没有业务和性能上的问题，不推荐切换MQ产品。