7000字详解Spring Boot项目集成RabbitMQ实战以及坑点分析

本文给大家介绍一下在 Spring Boot 项目中如何集成消息队列 RabbitMQ，包含对 RibbitMQ 的架构介绍、应用场景、坑点解析以及代码实战。

我将使用 waynboot-mall 项目作为代码讲解，项目地址：https://github.com/wayn111/waynboot-mall。本文大纲如下，

RabbitMQ 架构介绍

RibbitMQ 是一个基于 AMQP 协议的开源消息队列系统，具有高性能、高可用、高扩展等特点。通常作为在系统间传递消息的中间件，它可以实现异步处理、应用解耦、流量削峰等功能。

RibbitMQ 的主要组件介绍如下，

producter：生产者，创建消息，然后将消息发布（发送）到 RabbitMQ。
channel: 信道，多路复用连接中的一条独立的双向数据流通道。信道是建立在真实的 TCP 连接内地虚拟链接，AMQP 命令都是通过信道发出去的，不管是发布消息、订阅队列还是接收消息，这些动作都是通过信道完成。因为对于操作系统来说，建立和销毁 TCP 都是非常昂贵的开销，所以引入了信道的概念，以复用一条 TCP 连接。
broker: 标识消息队列服务器实体 rabbitmq-server。
连接器：这是负责接收客户端连接请求和建立连接的组件。RabbitMQ 支持多种连接器，如 AMQP 0-9-1, AMQP 1.0, MQTT, STOMP 等。
v-host：虚拟主机，这是 RabbitMQ 的逻辑隔离单元，每个虚拟主机相当于一个独立的代理，拥有自己的交换器、队列、绑定、权限等。不同的虚拟主机之间是相互隔离的，不能共享资源。一个 RabbitMQ 实例可以创建多个虚拟主机，以满足不同的业务需求。
exchange：交换机，这是负责接收生产者发送的消息，并根据路由规则将消息分发到相应的队列或者其他交换器的组件。RabbitMQ 支持多种类型的交换器，如 fanout, direct, topic, headers 等。
binding：绑定，这是负责将交换器和队列之间建立关联关系的组件。绑定可以指定一个路由键或者模式匹配规则，以决定哪些消息可以被路由到哪些队列。
queue：队列，这是负责存储消费者需要消费的消息的组件。队列可以有多种属性和特性，如持久化、排他性、自动删除、死信队列、优先级队列等。队列可以绑定到一个或多个交换器上，并指定一个或多个路由键或者模式匹配规则。
consuemer：消费者，连接到 RabbitMQ 服务器，并订阅到队列上，接收来自队列的消息。

应用场景

RabbitMQ 是一个非常强大和灵活的消息中间件，它可以应用于多种场景和需求。以下是一些常见的 RabbitMQ 应用场景和实战经验：

异步处理：当系统需要执行一些耗时或者不重要的任务时，可以使用 RabbitMQ 将任务封装成消息发送到队列中，然后由专门的消费者来异步地执行这些任务。这样可以提高系统的响应速度和用户体验，同时也可以避免因为任务失败或超时而影响主流程的执行。例如在 waynboot-mall 项目中，用户下单后需要发送邮件通知，这个任务就可以使用 RabbitMQ 异步处理。
流量削峰：当系统面临突发的高并发请求时，如果直接让所有请求打到后端服务器上，可能会导致服务器崩溃或者响应缓慢。这时可以使用 RabbitMQ 作为一个缓冲层，将请求先发送到队列中，然后由后端服务器按照自己的处理能力从队列中拉取请求进行处理。这样可以平滑地分摊请求压力，避免系统崩溃或者服务降级。例如，在 waynboot-mall 项目中，每天晚上八点有秒杀活动，这时可以使用 RabbitMQ 来削峰限流，保证系统的稳定运行。
消息广播：当系统需要将消息发送到多个接收方时，可以使用 RabbitMQ 的发布/订阅模式，将消息发送到一个 fanout 类型的交换器上，然后由多个队列绑定到这个交换器上，从而实现消息的广播功能。这样可以实现一对多的消息通信，同时也可以根据不同的业务需求，订阅不同的消息内容。例如，在 waynboot-mall 项目中，当商品信息发生变化时，需要通知搜索系统、推荐系统、缓存系统等多个系统，这时可以使用 RabbitMQ 的消息广播功能。
消息路由：当系统需要根据不同的条件将消息发送到不同的接收方时，可以使用 RabbitMQ 的路由模式，将消息发送到一个 direct 或者 topic 类型的交换器上，然后由多个队列绑定到这个交换器上，并指定不同的路由键或者模式匹配规则，从而实现消息的路由功能。这样可以实现多对多的消息通信，同时也可以灵活地控制消息的分发和消费。例如，在 waynboot-mall 项目中，当订单状态发生变化时，需要通知不同的系统进行不同的处理，这时可以使用 RabbitMQ 的消息路由功能。

坑点分析

在使用 RabbitMQ 的过程中，有一些常见的问题需要注意：

消息确认：消息确认是 RabbitMQ 保证消息可靠传递的机制。消息确认分为生产者确认和消费者确认。生产者确认是指生产者发送消息后，等待 RabbitMQ 返回一个确认消息，表明消息已经被正确接收和存储。消费者确认是指消费者接收消息后，向 RabbitMQ 发送一个确认消息，表明消息已经被正确处理和消费。在 waynboot-mall 项目中，消费者开启了手动消息确认。
消息持久化：消息持久化是指将消息存储到磁盘上，以防止 RabbitMQ 重启或者崩溃时丢失消息。消息持久化需要满足以下三个条件：交换器、队列和消息都需要设置为持久化。持久化会影响 RabbitMQ 的性能，因为需要进行磁盘 IO 操作。建议根据业务需求选择是否需要持久化消息，并合理地配置磁盘空间和清理策略。在 waynboot-mall 项目中，交换器、队列设置了持久化，消息没有设置持久化（消息设置持久化会对 RabbitMQ 的性能造成较大影响）。
死信队列：死信队列是指存储那些因为某些原因无法被正常消费的消息的队列。死信队列可以用来处理一些异常或者失败的情况，如消息过期、队列达到最大长度、消费者拒绝等。建议使用死信队列来监控和处理这些情况，并根据业务需求选择合适的重试或者补偿策略。在 waynboot-mall 项目中，当订单消费者处理消息失败重试三次后，会将订单消息发送到死信队列。
集群和镜像：集群和镜像是 RabbitMQ 实现高可用和高扩展的两种方式。集群是指将多个 RabbitMQ 实例组成一个逻辑单元，共享元数据和负载均衡。镜像是指将同一个队列在多个节点上创建副本，实现数据冗余和容错。建议根据业务需求选择合适的集群模式和镜像类型，并注意集群中的网络分区、脑裂等问题。

代码实战

在 waynboot-mall 项目中，消息层包含两个模块 waynboot-message-core 以及 waynboot-message-consumer，目录结构如下，

|-- waynboot-message-core     // 核心消息配置，供其他服务集成使用
|   |-- config
|   |-- constant
|   |-- dto
|-- waynboot-message-consumer // 消息消费服务，订阅队列接收消息，调用其他服务执行一些具体的业务逻辑
|   |-- api
|   |-- config
|   |-- consumer

waynboot-message-core 包目录说明如下，

config：核心消息配置目录，包含业务上使用的订单消息、邮件消息、死信消息、延迟消息的交换机、队列、路由绑定配置以及 RabbitTemplate 配置。
constants：核心消息配置的相关常量目录，包含 MQ 的常量类，这里面会定义订单、邮件、死信、延迟消息的交换机名称、队列名称、路由键名称等。
dto：核心消息配置的数据转换实体目录，包含 OrderDTO 等。

waynboot-message-consumer 包目录说明如下，

api：消息消费服务调用其他服务定义的 api 包目录，包含 MobileApi 类用来调用 moibile-api。
config：消息消费服务的核心配置目录，包含 RestTemplate 配置类。
consumer：消息消费服务的消费者包目录，包含下单、发送邮件、未支付订单超时取消等消费者。

添加 POM 依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
    <version>${spring-boot.version}</version>
</dependency>

指定虚拟主机

在 waynboot-mall 项目中，通过 yml 文件的 spring.rabbitmq.virtual-host=“/” 属性来指定虚拟主机名称。

建议大家在使用 RabbitMQ 时都配置好自己项目的虚拟主机名称，来达到各系统资源隔离的目的。当然如果 RabbitMQ 服务只有一个项目在用，那就用默认的 / 作为虚拟主机名称也是可以的。

小知识：出于多租户和安全因素设计的，vhost 把 AMQP 的基本组件划分到一个虚拟的分组中。每个 vhost 本质上就是一个 mini 版的 RabbitMQ 服务器，拥有自己的队列、交换机、绑定和权限机制。当多个不同的用户使用同一个 RabbitMQ 服务器时，可以划分出多个虚拟主机。RabbitMQ 默认的虚拟主机路径是 /。

生产者发送消息

在 waynboot-mall 项目中，用订单消息来举例，生产者发送消息需要经过三个步骤

1. 创建订单消息的交换机、队列以及路由绑定

public class MQConstants {
    public static final String ORDER_DIRECT_QUEUE = "order_direct_queue";
    public static final String ORDER_DIRECT_EXCHANGE = "order_direct_exchange";
    public static final String ORDER_DIRECT_ROUTING = "order_direct_routing";
}

@Configuration
public class BusinessRabbitConfig {
    @Bean
    public Queue orderDirectQueue() {
        return new Queue(MQConstants.ORDER_DIRECT_QUEUE);
    }

    @Bean
    DirectExchange orderDirectExchange() {
        return new DirectExchange(MQConstants.ORDER_DIRECT_EXCHANGE);
    }

    @Bean
    Binding bindingOrderDirect() {
        return BindingBuilder.bind(orderDirectQueue()).to(orderDirectExchange()).with(MQConstants.ORDER_DIRECT_ROUTING);
    }

}

在 BusinessRabbitConfig 中，我们创建了订单交换机、队列以及路由绑定关系。在 Spring 项目中，项目启动时，就会自动在 RabbitMQ 服务器上创建好这些东西。

2. 生产者配置

生产者的消息发送确认主要包含两部分，

producter -> rabbitmq broker exchange -> queue

消息从 producte（生产者）发送到 rabbitmq broker（RabbitMQ 服务器）的交换机中，发送后会触发 confirmCallBack 回调
消息从 exchange 发送到 queue，投递失败则会调用 returnCallBack 回调

waynboot-mall 项目的 yml 中关于 RabbitMQ 的相关配置如下，

spring:
  # 配置rabbitMq 服务器
  rabbitmq:
    host: 127.0.0.1
    port: 5672
    username: guest
    password: guest
    # 消息确认配置项
    # 确认消息已发送到交换机(Exchange)
    publisher-confirm-type: correlated
    # 确认消息已发送到队列(Queue)
    publisher-returns: true
    # 虚拟主机名称
    virtual-host: /

publisher-confirm-type 属性

可以看到，我们设置了 publisher-confirm-type 属性为 correlated，表示开启发布确认模式，用来确认消息已发送到交换机，publisher-confirm-type 有三个选项：

NONE：禁用发布确认模式，是默认值
CORRELATED：发布消息成功到交换器后会触发回 confirmCallBack 回调方法
SIMPLE：经测试有两种效果，其一效果和 CORRELATED 值一样会触发回调方法，其二在发布消息成功后使用 rabbitTemplate 调用 waitForConfirms 或 waitForConfirmsOrDie 方法等待 broker 节点返回发送结果，根据返回结果来判定下一步的逻辑，要注意的点是 waitForConfirmsOrDie 方法如果返回 false 则会关闭 channel，则接下来无法发送消息到 broker。

publisher-returns 属性

在 RabbitMQ 中，消息发送到交换机中也不代表消费者一定能接收到消息，所以我们还需要设置 publisher-returns 为 true 来表示确认交换机中消息已经发送到队列里。true 表示开启失败回调，开启后当消息无法路由到指定队列时会触发 ReturnCallback 回调。

接着是 RabbitTemplateConfig 的代码，这里面会定义前面提到的 confirmCallBack、returnCallBack 相关代码，

@Slf4j
@Component
public class RabbitTemplateConfig {

    @Bean
    public RabbitTemplate rabbitTemplate(CachingConnectionFactory connectionFactory) {
        RabbitTemplate rabbitTemplate = new RabbitTemplate(connectionFactory);
        // 设置开启Mandatory，才能触发回调函数,无论消息推送结果怎么样都强制调用回调函数
        rabbitTemplate.setMandatory(true);
        // 交换机收到消息回调
        rabbitTemplate.setConfirmCallback((correlationData, ack, cause) -> log.info("消息发送成功:correlationData({}),ack({}),cause({})", correlationData, ack, cause));
        // 队列收到消息回调，如果失败的话会进行 returnCallback 的回调处理，反之成功就不会回调。
        rabbitTemplate.setReturnsCallback(returned -> {
            log.info("returnCallback:     " + "消息：" + returned.getMessage());
            log.info("returnCallback:     " + "回应码：" + returned.getReplyCode());
            log.info("returnCallback:     " + "回应信息：" + returned.getReplyText());
            log.info("returnCallback:     " + "交换机：" + returned.getExchange());
            log.info("returnCallback:     " + "路由键：" + returned.getRoutingKey());
        });

        return rabbitTemplate;
    }
}

在 RabbitTemplateConfig 类代码里，我们可以设置 confirmCallBack、returnCallBack 回调函数后，监控生产者发送消息是否被交换机接收、以及交换机是否把消息发送到队列中。

3. 使用 RabbitTemplate 发送消息

在 Spring Boot 项目中，集成了 spring-boot-starter-amqp 依赖后，就可以直接注入 RabbitTemplate 来发送消息。

这里用 waynboot-mall 项目中的异步下单流程举例，代码如下，

@Slf4j
@Service
@AllArgsConstructor
public class OrderServiceImpl extends ServiceImpl<OrderMapper, Order> implements IOrderService {

    private RabbitTemplate rabbitTemplate;

    @Override
    public R asyncSubmit(OrderVO orderVO) {
        OrderDTO orderDTO = new OrderDTO();
        ...

        // 开始异步下单
        String uid = IdUtil.getUid();
        // 1. 创建消息ID，确认机制发送消息时，需要给每个消息设置一个全局唯一 id，以区分不同消息，避免 ack 冲突
        CorrelationData correlationData = new CorrelationData(uid);
        // 2. 创建消息载体 Message ，AMQP 规范中定义的消息承载类，用来在生产者和消费者之前传递消息
        Map<String, Object> map = new HashMap<>();
        map.put("order", orderDTO);
        map.put("notifyUrl", WaynConfig.getMobileUrl() + "/callback/order/submit");
        try {
            Message message = MessageBuilder
                    .withBody(JSON.toJSONString(map).getBytes(Constants.UTF_ENCODING))
                    .setContentType(MessageProperties.CONTENT_TYPE_TEXT_PLAIN)
                    .setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.PERSISTENT)
                    .build();
            // 3. 发送消息到 RabbitMQ 服务器，需要指定交换机、路由键、消息载体以及消息ID
            rabbitTemplate.convertAndSend(MQConstants.ORDER_DIRECT_EXCHANGE, MQConstants.ORDER_DIRECT_ROUTING, message, correlationData);
        } catch (UnsupportedEncodingException e) {
            log.error(e.getMessage(), e);
        }
        return R.success().add("actualPrice", actualPrice).add("orderSn", orderSn);
    }
}

waynboot-mall 项目中在使用 rabbitTemplate 发送消息时，按照如下步骤，大家可以参考

创建消息 ID，确认机制发送消息时，需要给每个消息设置一个全局唯一 id，以区分不同消息，消费者消费时出现 ack 冲突。
创建消息载体 Message ，AMQP 规范中定义的消息承载类，用来在生产者和消费者之前传递消息。
发送消息到 RabbitMQ 服务器，需要指定交换机、路由键、消息载体以及消息 ID。

以上就是生产者发送消息时所有相关代码了，接着我们看下消费者处理消息的相关代码。

消费者处理消息

在 waynboot-mall 项目中，还是用订单消息来举例，消费者 yml 配置如下，

1. 消费者配置

在 RabbitMQ 的消息消费环节，需要注意的一点就是，如果需要确保消费者不出现漏消费，则需要开启消费者的手动 ack 模式。

spring:
  rabbitmq:
    host: 127.0.0.1
    port: 5672
    username: guest
    password: guest
    ...
    listener:
      simple:
        # 消息确认方式，其有三种配置方式，分别是none、manual(手动ack) 和auto(自动ack) 默认auto
        acknowledge-mode: manual
        # 一个消费者最多可处理的nack（未确认）消息数量，默认是250
        prefetch: 250
        # 设置消费者数量
        concurrency: 1

acknowledge-mode 属性

在 yml 文件的消费者配置中，acknowledge-mode 属性用于指定消息确认模式，有三种模式：

手动确认 manual，在该模式下，消费者消费消息后需要根据消费情况给 Broker 返回一个回执，是确认 ack 使 Broker 删除该条已消费的消息，还是失败确认返回 nack，还是拒绝该消息。开启手动确认后，如果消费者接收到消息后还没有返回 ack 就宕机了，这种情况下消息也不会丢失，只有 RabbitMQ 接收到返回 ack 后，消息才会从队列中被删除。
自动确认 none，rabbitmq 默认消费者正确处理所有请求(不设置时的默认方式)。
根据请况确认 auto，主要分成以下几种情况：
- 如果消费者在消费的过程中没有抛出异常，则自动确认。
- 当消费者消费的过程中抛出 AmqpRejectAndDontRequeueException 异常的时候，则消息会被拒绝，且该消息不会重回队列。
- 当抛出 ImmediateAcknowledgeAmqpException 异常，消息会被确认。
- 如果抛出其他的异常，则消息会被拒绝，但是与前两个不同的是，该消息会重回队列，如果此时只有一个消费者监听该队列，那么该消息重回队列后又会推送给该消费者，会造成死循环的情况。

prefetch 属性

消费者配置中，prefetch 属性用于指定消费者每次从队列获取的消息数量。

每个 customer 会在 MQ 预取一些消息放入内存的 LinkedBlockingQueue 中进行消费，这个值越高，消息传递的越快，但非顺序处理消息的风险更高。如果 ack 模式为 none，则忽略。

prefetch 默认值以前是 1，这可能会导致高效使用者的利用率不足。从 spring-amqp 2.0 版开始，默认的 prefetch 值是 250，这将使消费者在大多数常见场景中保持忙碌，从而提高吞吐量。

不过在有些情况下，尤其是处理速度比较慢的大消息，消息可能在内存中大量堆积，消耗大量内存；以及对于一些严格要求顺序的消息，prefetch 的值应当设置为 1。

对于低容量消息和多个消费者的情况（也包括单 listener 容器的 concurrency 配置）希望在多个使用者之间实现更均匀的消息分布，建议在手动 ack 下并设置 prefetch=1。

如果要保证消息的可靠不丢失，当 prefetch 大于 1 时，可能会出现因为服务宕机引起的数据丢失，故建议将 prefetch=1。

concurrency 属性

消费者配置中，concurrency 属性设置的是对每个 listener 在初始化的时候设置的并发消费者的个数。在上面的 yml 配置中，concurrency=1，即每个 Listener 容器将开启一个线程去处理消息。在 2.0 以后的版本中，可以在注解中配置该参数，实例代码如下，

@RabbitListener(queues = MQConstants.ORDER_DIRECT_QUEUE, concurrency = "2")
public void process(Channel channel, Message message) throws IOException {
    String body = new String(message.getBody());
    log.info("OrderPayConsumer 消费者收到消息: {}", body);
    ...
}

2. 使用 RabbitListener 注解消费消息

在 waynboot-mall 项目中，消费者监听队列代码如下，

@Slf4j
@Component
public class OrderPayConsumer {
    @Resource
    private RedisCache redisCache;
    @Resource
    private MobileApi mobileApi;

    @RabbitListener(queues = MQConstants.ORDER_DIRECT_QUEUE)
    public void process(Channel channel, Message message) throws IOException {
        // 1. 转换订单消息
        String body = new String(message.getBody());
        log.info("OrderPayConsumer 消费者收到消息: {}", body);
        // 2. 获取消息ID
        String msgId = message.getMessageProperties().getHeader("spring_returned_message_correlation");
        // 3. 获取发送tag
        long deliveryTag = message.getMessageProperties().getDeliveryTag();
        // 4. 消费消息幂等性处理
        if (redisCache.getCacheObject(ORDER_CONSUMER_MAP.getKey()) != null) {
            // redis中包含该 key，说明该消息已经被消费过
            log.error("msgId: {}，消息已经被消费", msgId);
            channel.basicAck(deliveryTag, false);// 确认消息已消费
            return;
        }
        try {
            // 5. 下单处理
            mobileApi.submitOrder(body);
            // 6. 手动ack，消息成功确认
            channel.basicAck(deliveryTag, false);
            // 7. 设置消息已被消费标识
            redisCache.setCacheObject(ORDER_CONSUMER_MAP.getKey(), msgId, ORDER_CONSUMER_MAP.getExpireSecond());
        } catch (Exception e) {
            channel.basicNack(deliveryTag, false, false);
            log.error(e.getMessage(), e);
        }
    }
}

waynboot-mall 项目中在使用 RabbitListener 注解消费消息时，按照如下步骤，大家可以参考

将 message 参数转换成订单消息。
从 message 参数中获取消息唯一 msgId。
从 message 参数中获取消息发送 tag。
幂等性处理，根据第二步获取的 msgId ，消费消息时需要先判断 msgId 是否已经被处理。
调用 mobile-api 服务，进行下单逻辑处理，在 mobileApi.submitOrder(body) 方法中使用 Spring-Retry 的 @Retryable 注解，进行自动重试。
手动 ack，basicAck(long deliveryTag, boolean multiple)。basicAck 方法表示成功确认，使用此方法后，消息就会被 rabbitmq 服务器删除。

其中参数 long deliveryTag 为消息的唯一序号也就是第三步获取的发送 tag，第二个 boolean multiple 参数表示是否一次消费多条消息，false 表示只确认该序列号对应的消息，true 则表示确认该序列号对应的消息以及比该序列号小的所有消息，比如我先发送 2 条消息，他们的序列号分别为 2,3，并且他们都没有被确认，还留在队列中，那么如果当前消息序列号为 4，那么当 multiple 为 true，则序列号为 2、3 的消息也会被一同确认。

幂等性处理，消息已经被成功消费后，根据第二步获取的 msgId 设置幂等标识。

总结一下

这篇文章给大家讲解了在 Spring Boot 项目中如何集成消息队列 RabbitMQ 用于业务逻辑解耦，有架构介绍、应用场景、坑点解析、代码实战 4 个部分，能带领大家比较全面的了解一波 RabbitMQ。大家在自己的项目中如果需要引入 RabbitMQ 时，都可以参考本文的代码实战配置，帮助大家快速集成、避免踩坑。

posted @ 2024-01-30 15:15 waynaqua 阅读(845) 评论(0) 编辑收藏举报

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