05消息队列系列-RabbitMQ集群高可用原理及实战部署

一、介绍

我们知道在微服务流行的当下，一旦单台服务器挂了，基本上就无法提供高可用的服务了，因此为了保证服务高可用，在生产环境上我们通常的做法是搭建一个 RabbitMQ 集群，即使某台 RabbitMQ 故障了，其他正常的 RabbitMQ 服务器依然可以使用，应用程序的持续运行不会受到影响。

二、集群架构原理

在前几篇文章中，我们有介绍到 RabbitMQ 内部有各种基础构件，包括队列、交换器、绑定、虚拟主机等，他们组成了 AMQP 协议消息通信的基础，而这些构件以元数据的形式存在，它始终记录在 RabbitMQ 内部，它们分别是：

队列元数据：队列名称和它们的属性
交换器元数据：交换器名称、类型和属性
绑定元数据：一张简单的表格展示了如何将消息路由到队列
vhost数据：为vhost内的队列、交换器和绑定提供命名空间和安全属性

这些元数据，其实本质是一张查询表，里面包括了交换器名称和一个队列的绑定列表，当消息被发布到交换器中，实际上是将信道上消息的路由键和交换器的绑定列表进行匹配，然后将消息路由出去。

有了这个机制，那么在所有节点上传递交换消息将简单很多，而RabbitMQ所做的事情就是把交换器元数据拷贝到所有节点上，因此每个节点上的每条信道都可以访问完整的交换器。

如果消息生产者所连接的是节点2或者节点3，此时队列1的完整数据不在这两个节点上，那么在发送消息过程中这两个节点主要起了一个路由转发作用，根据这两个节点上的元数据转发至节点1上，最终发送的消息还是会存储至节点1的队列1上。

同样，如果消息消费者所连接的节点2或者节点3，那这两个节点也会作为路由节点起到转发作用，将会从节点1的队列中拉取消息进行消费。

与常见的集群主从架构模式不同的地方在于：RabbitMQ集群模式下，仅仅只是同步元数据，每个队列内容还是在自己的服务器节点上。

这么设计主要还是基于集群本身的性能和存储空间上来考虑：

存储空间：真正存放数据的地方是在队列里面，如果每个集群节点都拥有所有队列的完全数据拷贝，那么每个节点的存储空间会非常大，集群的消息积压能力会非常弱。例如你现在存储了 3G 队列内容，那么在另外一个只有 1G 存储空间的节点上，就会造成内存空间不足的情况，也就是无法通过集群节点的扩容提高消息积压能力。
性能：消息的发布者需要将消息复制到每一个集群节点，每一条消息都会触发磁盘活动，这会导致整个集群内性能负载急剧拉升。

既然每个队列内容还是在自己的服务器节点上，同样也会带来新的问题，那就是如果队列所在服务器挂了，那存在服务器上的队列数据是不是全部丢失了？
**
在单节点上，RabbitMQ存储数据有两种方案：

内存模式：这种模式会将数据存储在内存当中，如果服务器突然宕机重启之后，那么附加在该节点上的队列和其关联的绑定都会丢失；消费者可以重新连接集群并重新创建队列。
磁盘模式：这种模式会将数据存储磁盘当中，如果服务器突然宕机重启，数据会自动恢复，该队列又可以进行传输数据了；在恢复故障磁盘节点之前，不能在其他节点上让消费者重新连接到集群并重新创建队列，如果消费者继续在其他节点上声明该队列，会得到一个404NOT_FOUND错误，这样确保了当故障节点恢复加入集群后，该节点上的队列消息不会丢失，也避免了队列会在一个节点以上出现冗余的问题。

在集群中的每个节点，要么是内存节点，要么是磁盘节点，如果是内存节点，会将所有的元数据信息仅存储到内存中，而磁盘节点则不仅将所有元数据存储到内存上，还会将其持久化到磁盘。

在单节点RabbitMQ上，仅允许该节点是磁盘节点，这样确保了节点发生故障或重启节点之后，所有关于系统的配置与元数据都会从磁盘上恢复。

而在RabbitMQ集群上，至少有一个磁盘节点，也就是在集群环境中需要添加2台以上的磁盘节点，这样其中一台发生故障了，集群仍然可以保持运行。其他节点均设置为内存节点，这样会让队列和交换器声明之类的操作会更加快速，元数据同步也会更加高效。

三、集群部署

为了和生产环境保持一致，我们选用CentOS7操作系统进行环境部署，分别创建 3 台虚拟机。

# 3台服务器的IP
197.168.24.206
197.168.24.233
197.168.24.234

放开防火墙限制，保证 3 台服务器网络都可以互通！

3.1、重新设置主机名

由于 RabbitMQ 集群连接是通过主机名来连接服务的，必须保证各个主机名之间可以 ping 通，重新设置 3 台服务器主机名，所以需要做以下操作：

# 修改节点1的主机名
hostname node1
# 修改节点2的主机名
hostname node2
# 修改节点3的主机名
hostname node3

编辑/etc/hosts文件，添加到在三台机器的/etc/hosts中以下内容：

sudo vim /etc/hosts

添加内容如下：

197.168.24.206 node1
197.168.24.233 node2
197.168.24.234 node3

3.2、rabbitMQ安装

RabbitMQ 基于 erlang 进行通信，相比其它的软件，安装有些麻烦，不过本例采用rpm方式安装，任何新手都可以完成安装，过程如下！

3.2.1、安装前命令准备

输入如下命令，完成安装前的环境准备。

yum install lsof  build-essential openssl openssl-devel unixODBC unixODBC-devel make gcc gcc-c++ kernel-devel m4 ncurses-devel tk tc xz wget vim

3.2.2、下载 RabbitMQ、erlang、socat 的安装包

本次下载的是RabbitMQ-3.6.5版本，采用rpm一键安装，适合新手直接上手。
先创建一个rabbitmq目录，本例的目录路径为/usr/app/rabbitmq，然后在目录下执行如下命令，下载安装包！

下载erlang

wget www.rabbitmq.com/releases/erlang/erlang-18.3-1.el7.centos.x86_64.rpm

下载socat

wget http://repo.iotti.biz/CentOS/7/x86_64/socat-1.7.3.2-5.el7.lux.x86_64.rpm

下载rabbitMQ

wget www.rabbitmq.com/releases/rabbitmq-server/v3.6.5/rabbitmq-server-3.6.5-1.noarch.rpm

最终目录文件如下：

3.2.3、安装软件包

下载完之后，按顺序依次安装软件包，这个很重要哦～

安装erlang

rpm -ivh erlang-18.3-1.el7.centos.x86_64.rpm

安装socat

rpm -ivh socat-1.7.3.2-5.el7.lux.x86_64.rpm

安装rabbitmq

rpm -ivh rabbitmq-server-3.6.5-1.noarch.rpm

安装完成之后，修改rabbitmq的配置，默认配置文件在/usr/lib/rabbitmq/lib/rabbitmq_server-3.6.5/ebin目录下。

vim /usr/lib/rabbitmq/lib/rabbitmq_server-3.6.5/ebin/rabbit.app

修改loopback_users节点的值！

分别重新命令rabbit节点名称

vim /etc/rabbitmq/rabbitmq-env.conf

在文件里添加一行，如下配置！

NODENAME=rabbit@node1

其它两个节点命令也类似，然后，再保存！通过如下命令，启动服务即可！

# 启动服务
rabbitmq-server start &
# 停止服务
rabbitmqctl stop

通过如下命令，查询服务是否启动成功！

lsof -i:5672

如果出现5672已经被监听，说明已经启动成功！

3.2.4、启动可视化的管控台

输入如下命令，启动控制台！

rabbitmq-plugins enable rabbitmq_management

用浏览器打开http://ip:15672，这里的ip就是 CentOS 系统的 ip，结果如下：

账号、密码，默认为guest，如果出现无法访问，检测防火墙是否开启，如果开启将其关闭即可！
登录之后的监控平台，界面如下：

RabbitMQ 集群环境下，元数据同步基于 cookie 共享方案实现。
在这里将 node1 的 cookie 文件复制到 node2，由于这个文件权限是 400 为方便传输，先修改权限，非必须操作，所以需要先修改 node1 中的该文件权限为 777

chmod 777 /var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie

用 scp 拷贝到节点 2，节点 3 的操作也类似。

scp /var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie node2:/var/lib/rabbitmq/

最后，将权限改回来

chmod 400 /var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie

3.4、组成集群

在节点 2 执行如下命令：

# 停止rabbitmq服务
rabbitmqctl stop_app
# 清空节点状态
rabbitmqctl reset
# node2和node1构成集群,node2必须能通过node1的主机名ping通
rabbitmqctl join_cluster rabbit@node1
# 开启rabbitmq服务
rabbitmqctl start_app

节点 3 的操作也类似！
在任意一台机上面查看集群状态：

rabbitmqctl cluster_status

第一行：表示当前节点信息
第二行：表示集群中的节点成员，disc 表示这些都是磁盘节点
第三行：表示正在运行的节点成员

登录可视化管控台，可以很清晰的看到，三个服务节点已经互相关联起来了！

如果你想将某个节点移除集群，以移除节点3为例，可以按照如下方式进行操作！

# 首先停止要移除的节点服务
rabbitmqctl stop
# 移除节点3
rabbitmqctl -n rabbit@node1 forget_cluster_node rabbit@node3

如果移除之后，无法启动 rabbitMQ，删除已有 mnesia 信息！

rm -rf /var/lib/rabbitmq/mnesia

然后再次重启服务即可！

3.5、设置内存节点

#加入时候设置节点为内存节点（默认加入的为磁盘节点）
rabbitmqctl join_cluster rabbit@node1 --ram

其中--ram指的是作为内存节点，如果不加，那就默认为磁盘节点。
如果节点在集群中已经是磁盘节点了，通过以下命令可以将节点改成内存节点：

# 停止rabbitmq服务
rabbitmqctl stop_app
# 更改节点为内存节点
rabbitmqctl change_cluster_node_type ram
# 开启rabbitmq服务
rabbitmqctl start_app

3.6、镜像队列

上面我们提到，在默认情况下，队列只会保存在其中一个节点上，当节点发生故障时，尽管所有元数据信息都可以从磁盘节点上将元数据恢复到本节点上，但是内存节点的队列消息内容就不行了，这样就会导致消息的丢失。

RabbitMQ 很早就意识到这个问题，在 2.6 以后的版本中增加了队列冗余选项：镜像队列。

所谓镜像队列，其实就是主队列（master）依然是仅存在于一个节点上，通过关联的RabbitMQ服务器，从主队列同步消息到各个节点，也就是所谓的主从模式，将主队列的消息进行备份处理。

如果主队列没有发生故障，那么其工作流程根普通队列一样，生产者和消费者不会感知其变化，当发布消息时，依然是路由到主队列中，而主队列通过类似广播的机制，将消息扩散同步至其余从队列中，这就有点像fanout交换器一样。而消费者依然是从主队列中读取消息。

一旦主队列发生故障，集群就会从最老的一个队列选举为新的主队列，这也就实现了队列的高可用，但我们切记不要滥用这个机制，在上面也说了，队列的冗余操作会导致不能通过扩展节点增加存储空间，而且会造成性能瓶颈。
命令格式如下：

rabbitmqctl set_policy [-p Vhost] Name Pattern Definition [Priority]

参数介绍：

-p Vhost: 可选参数，针对指定vhost下的queue进行设置
Name: policy的名称
Pattern: queue的匹配模式(正则表达式)
Definition: 镜像定义，包括三个部分ha-mode, ha-params, ha-sync-mode
    ha-mode: 指明镜像队列的模式，有效值为 all/exactly/nodes
        all: 表示在集群中所有的节点上进行镜像
        exactly: 表示在指定个数的节点上进行镜像，节点的个数由ha-params指定
        nodes: 表示在指定的节点上进行镜像，节点名称通过ha-params指定
    ha-params: ha-mode模式需要用到的参数
    ha-sync-mode: 进行队列中消息的同步方式，有效值为automatic和manual
priority: 可选参数，policy的优先级

举个例子，声明名为ha-all的策略，它与名称以ha开头的队列相匹配，并将镜像配置到集群中的所有节点：

rabbitmqctl set_policy ha-all "^" '{"ha-mode":"all"}'

类似操作很多，具体使用可以参考官方 api。

四、集群的负载均衡

HAProxy 提供高可用性、负载均衡以及基于TCP和HTTP应用的代理，支持虚拟主机，它是免费、快速并且可靠的一种解决方案。根据官方数据，其最高极限支持10G的并发。HAProxy支持从4层至7层的网络交换，即覆盖所有的 TCP 协议。就是说，Haproxy 甚至还支持 Mysql 的均衡负载。为了实现 RabbitMQ 集群的软负载均衡，这里可以选择HAProxy。

4.1、HAProxy 安装

HAProxy 的安装也很简单，单独部署在一台服务器上，通过如下命令即可安装完成！

yum install haproxy

编辑 HAProxy 配置文件：

vim /etc/haproxy/haproxy.cfg

我们只需要在文件末尾加上如下配置即可！

#绑定配置
listen rabbitmq_cluster
        bind 0.0.0.0:5672
        #配置TCP模式
        mode tcp
        #加权轮询
        balance roundrobin
        #RabbitMQ集群节点配置
        server rmq_node1 197.168.24.206:5672 check inter 5000 rise 2 fall 3 weight 1
        server rmq_node2 197.168.24.233:5672 check inter 5000 rise 2 fall 3 weight 1
        server rmq_node3 197.168.24.234:5672 check inter 5000 rise 2 fall 3 weight 1
#haproxy监控页面地址
listen monitor
        bind 0.0.0.0:8100
        mode http
        option httplog
        stats enable
        stats uri /stats
        stats refresh 5s

绑定配置参数说明：

bind：这里定义了客户端连接连接 IP 地址和端口号，用于客户端连接
balance roundrobin：表示加权轮询负载均衡算法

RabbitMQ 集群节点配置说明：

server rmq_node1：定义HAProxy内RabbitMQ服务的标识
197.168.24.206:5672：标识了后端RabbitMQ的服务地址
check inter 5000：表示每隔多少毫秒检查RabbitMQ服务是否可用，示例参数值为 5000
rise 2：表示 RabbitMQ 服务在发生故障之后，需要多少次健康检查才能被再次确认可用，示例参数值为 2
fall 2：表示需要经历多少次失败的健康检查之后，HAProxy 才会停止使用此RabbitMQ服务，示例参数值为 2
weight 1：表示权重比例，值越低，会优先进行数据分配，示例参数值为 1

启动 HAProxy：

/usr/sbin/haproxy -f /etc/haproxy/haproxy.cfg

五、Java客户端使用

如果是配置了 HAProxy 代理服务器，可以直接使用 HAProxy 代理服务器地址即可！

//ConnectionFactory创建MQ的物理连接
connectionFactory = new ConnectionFactory();
connectionFactory.setHost("197.168.24.207");  //代理服务器地址
connectionFactory.setPort(5672);          //代理服务器端口
connectionFactory.setUsername("admin");  //guest只能在本机进行访问,通过代理服务器发送消息时需要重新建立用户
connectionFactory.setPassword("admin");  //guest
connectionFactory.setVirtualHost("/");    //虚拟主机

如果没有代理服务器，使用Spring的CachingConnectionFactory类进行配置。
以SpringBoot项目为例，配置文件如下：

spring.rabbitmq.addresses=197.168.24.206:5672,197.168.24.233:5672,197.168.24.234:5672
spring.rabbitmq.username=guest
spring.rabbitmq.password=guest
spring.rabbitmq.virtual-host=/

RabbitConfig配置类如下：

@Configuration
public class RabbitConfig {
    /**
     * 初始化连接工厂
     * @param addresses
     * @param userName
     * @param password
     * @param vhost
     * @return
     */
    @Bean
    ConnectionFactory connectionFactory(@Value("${spring.rabbitmq.addresses}") String addresses,
                                        @Value("${spring.rabbitmq.username}") String userName,
                                        @Value("${spring.rabbitmq.password}") String password,
                                        @Value("${spring.rabbitmq.virtual-host}") String vhost) {
        CachingConnectionFactory connectionFactory = new CachingConnectionFactory();
        connectionFactory.setAddresses(addresses);
        connectionFactory.setUsername(userName);
        connectionFactory.setPassword(password);
        connectionFactory.setVirtualHost(vhost);
        return connectionFactory;
    }
    /**
     * 重新实例化 RabbitAdmin 操作类
     * @param connectionFactory
     * @return
     */
    @Bean
    public RabbitAdmin rabbitAdmin(ConnectionFactory connectionFactory){
        return new RabbitAdmin(connectionFactory);
    }
    /**
     * 重新实例化 RabbitTemplate 操作类
     * @param connectionFactory
     * @return
     */
    @Bean
    public RabbitTemplate rabbitTemplate(ConnectionFactory connectionFactory){
        RabbitTemplate rabbitTemplate=new RabbitTemplate(connectionFactory);
        //数据转换为json存入消息队列
        rabbitTemplate.setMessageConverter(new Jackson2JsonMessageConverter());
        return rabbitTemplate;
    }
}

到此结束

posted @ 2020-10-07 20:01 在线打工者阅读(564) 评论(0) 编辑收藏举报

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05消息队列系列-RabbitMQ集群高可用原理及实战部署

05消息队列系列-RabbitMQ集群高可用原理及实战部署

一、介绍

二、集群架构原理

在单节点RabbitMQ上，仅允许该节点是磁盘节点，这样确保了节点发生故障或重启节点之后，所有关于系统的配置与元数据都会从磁盘上恢复。

三、集群部署

3.1、重新设置主机名

3.2、rabbitMQ安装

3.2.1、安装前命令准备

3.2.2、下载 RabbitMQ、erlang、socat 的安装包

3.2.3、安装软件包

3.2.4、启动可视化的管控台

3.3、复制 Erlang cookie

3.4、组成集群

3.5、设置内存节点

3.6、镜像队列

四、集群的负载均衡

4.1、HAProxy 安装

五、Java客户端使用

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