從AMQP協議可以看出，MessageQueue、Exchange和Binding構成了AMQP協議的核心，下面我們就圍繞這三個主要組件 從應用使用的角度全面的介紹如何利用Rabbit MQ構建消息隊列以及使用過程中的注意事項。
在Rabbit MQ中，無論是生產者發送消息還是消費者接受消息，都首先需要聲明一個MessageQueue。這就存在一個問題，是生產者聲明還是消費者聲明呢？要解決這個問題，首先需要明確：
a)消費者是無法訂閱或者獲取不存在的MessageQueue中信息。
b)消息被Exchange接受以后，如果沒有匹配的Queue，則會被丟棄。
在明白了上述兩點以后，就容易理解如果是消費者去聲明Queue，就有可能會出現在聲明Queue之前，生產者已發送的消息被丟棄的隱患。如果應用能夠通過消息重發的機制允許消息丟失，則使用此方案沒有任何問題。但是如果不能接受該方案，這就需要無論是生產者還是消費者，在發送或者接受消息前，都需要去嘗試建立消息隊列。這里有一點需要明確，如果客戶端嘗試建立一個已經存在的消息隊列，Rabbit MQ不會做任何事情，並返回客戶端建立成功的。
如果一個消費者在一個信道中正在監聽某一個隊列的消息，Rabbit MQ是不允許該消費者在同一個channel去聲明其他隊列的。Rabbit MQ中，可以通過queue.declare命令聲明一個隊列，可以設置該隊列以下屬性:
a) Exclusive：排他隊列，如果一個隊列被聲明為排他隊列，該隊列僅對首次聲明它的連接可見，並在連接斷開時自動刪除。這里需要注意三點：其一，排他隊列是基於連接可見的，同一連接的不同信道是可以同時訪問同一個連接創建的排他隊列的。其二，“首次”，如果一個連接已經聲明了一個排他隊列，其他連接是不允許建立同名的排他隊列的，這個與普通隊列不同。其三，即使該隊列是持久化的，一旦連接關閉或者客戶端退出，該排他隊列都會被自動刪除的。這種隊列適用於只限於一個客戶端發送讀取消息的應用場景。
b) Auto-delete:自動刪除，如果該隊列沒有任何訂閱的消費者的話，該隊列會被自動刪除。這種隊列適用於臨時隊列。
c) Durable:持久化，這個會在后面作為專門一個章節討論。
d) 其他選項，例如如果用戶僅僅想查詢某一個隊列是否已存在，如果不存在，不想建立該隊列，仍然可以調用queue.declare，只不過需要將參數passive設為true，傳給queue.declare，如果該隊列已存在，則會返回true；如果不存在，則會返回Error，但是不會創建新的隊列。
在AMQP模型中，Exchange是接受生產者消息並將消息路由到消息隊列的關鍵組件。ExchangeType和Binding決定了消息的路由規則。所以生產者想要發送消息，首先必須要聲明一個Exchange和該Exchange對應的Binding。可以通過 ExchangeDeclare和BindingDeclare完成。在Rabbit MQ中，聲明一個Exchange需要三個參數：ExchangeName，ExchangeType和Durable。ExchangeName是該Exchange的名字，該屬性在創建Binding和生產者通過publish推送消息時需要指定。ExchangeType，指Exchange的類型，在RabbitMQ中，有三種類型的Exchange：direct ，fanout和topic，不同的Exchange會表現出不同路由行為。Durable是該Exchange的持久化屬性，這個會在消息持久化章節討論。聲明一個Binding需要提供一個QueueName，ExchangeName和BindingKey。下面我們就分析一下不同的ExchangeType表現出的不同路由規則。
生產者在發送消息時，都需要指定一個RoutingKey和Exchange，Exchange在接到該RoutingKey以后，會判斷該ExchangeType:
a) 如果是Direct類型，則會將消息中的RoutingKey與該Exchange關聯的所有Binding中的BindingKey進行比較，如果相等，則發送到該Binding對應的Queue中。
b) 如果是 Fanout 類型，則會將消息發送給所有與該 Exchange 定義過 Binding 的所有 Queues 中去，其實是一種廣播行為。
c)如果是Topic類型，則會按照正則表達式，對RoutingKey與BindingKey進行匹配，如果匹配成功，則發送到對應的Queue中。
在RabbitMQ中消費者有2種方式獲取隊列中的消息:
a) 一種是通過basic.consume命令，訂閱某一個隊列中的消息,channel會自動在處理完上一條消息之后，接收下一條消息。（同一個channel消息處理是串行的）。除非關閉channel或者取消訂閱，否則客戶端將會一直接收隊列的消息。
b) 另外一種方式是通過basic.get命令主動獲取隊列中的消息，但是絕對不可以通過循環調用basic.get來代替basic.consume，這是因為basic.get RabbitMQ在實際執行的時候，是首先consume某一個隊列，然后檢索第一條消息，然后再取消訂閱。如果是高吞吐率的消費者，最好還是建議使用basic.consume。
如果有多個消費者同時訂閱同一個隊列的話，RabbitMQ是采用循環的方式分發消息的，每一條消息只能被一個訂閱者接收。例如，有隊列Queue，其中ClientA和ClientB都Consume了該隊列，MessageA到達隊列后，被分派到ClientA，ClientA服務器收到響應，服務器刪除MessageA；再有一條消息MessageB抵達隊列，服務器根據“循環推送”原則，將消息會發給ClientB，然后收到ClientB的確認后，刪除MessageB；等到再下一條消息時，服務器會再將消息發送給ClientA。
這里我們可以看出，消費者再接到消息以后，都需要給服務器發送一條確認命令，這個即可以在handleDelivery里顯示的調用basic.ack實現，也可以在Consume某個隊列的時候，設置autoACK屬性為true實現。這個ACK僅僅是通知服務器可以安全的刪除該消息，而不是通知生產者，與RPC不同。 如果消費者在接到消息以后還沒來得及返回ACK就斷開了連接，消息服務器會重傳該消息給下一個訂閱者，如果沒有訂閱者就會存儲該消息。
既然RabbitMQ提供了ACK某一個消息的命令，當然也提供了Reject某一個消息的命令。當客戶端發生錯誤，調用basic.reject命令拒絕某一個消息時，可以設置一個requeue的屬性，如果為true，則消息服務器會重傳該消息給下一個訂閱者；如果為false，則會直接刪除該消息。當然，也可以通過ack，讓消息服務器直接刪除該消息並且不會重傳。
Rabbit MQ默認是不持久隊列、Exchange、Binding以及隊列中的消息的，這意味着一旦消息服務器重啟，所有已聲明的隊列，Exchange，Binding以及隊列中的消息都會丟失。通過設置Exchange和MessageQueue的durable屬性為true，可以使得隊列和Exchange持久化，但是這還不能使得隊列中的消息持久化，這需要生產者在發送消息的時候，將delivery mode設置為2，只有這3個全部設置完成后，才能保證服務器重啟不會對現有的隊列造成影響。這里需要注意的是，只有durable為true的Exchange和durable為ture的Queues才能綁定，否則在綁定時，RabbitMQ都會拋錯的。持久化會對RabbitMQ的性能造成比較大的影響，可能會下降10倍不止。
對事務的支持是AMQP協議的一個重要特性。假設當生產者將一個持久化消息發送給服務器時，因為consume命令本身沒有任何Response返回，所以即使服務器崩潰，沒有持久化該消息，生產者也無法獲知該消息已經丟失。如果此時使用事務，即通過txSelect()開啟一個事務，然后發送消息給服務器，然后通過txCommit()提交該事務，即可以保證，如果txCommit()提交了，則該消息一定會持久化，如果txCommit()還未提交即服務器崩潰，則該消息不會服務器就收。當然Rabbit MQ也提供了txRollback()命令用於回滾某一個事務。
使用事務固然可以保證只有提交的事務，才會被服務器執行。但是這樣同時也將客戶端與消息服務器同步起來，這背離了消息隊列解耦的本質。Rabbit MQ提供了一個更加輕量級的機制來保證生產者可以感知服務器消息是否已被路由到正確的隊列中——Confirm。如果設置channel為confirm狀態，則通過該channel發送的消息都會被分配一個唯一的ID，然后一旦該消息被正確的路由到匹配的隊列中后，服務器會返回給生產者一個Confirm，該Confirm包含該消息的ID，這樣生產者就會知道該消息已被正確分發。對於持久化消息，只有該消息被持久化后，才會返回Confirm。Confirm機制的最大優點在於異步，生產者在發送消息以后，即可繼續執行其他任務。而服務器返回Confirm后，會觸發生產者的回調函數，生產者在回調函數中處理Confirm信息。如果消息服務器發生異常，導致該消息丟失，會返回給生產者一個nack，表示消息已經丟失，這樣生產者就可以通過重發消息，保證消息不丟失。Confirm機制在性能上要比事務優越很多。但是Confirm機制，無法進行回滾，就是一旦服務器崩潰，生產者無法得到Confirm信息，生產者其實本身也不知道該消息吃否已經被持久化，只有繼續重發來保證消息不丟失，但是如果原先已經持久化的消息，並不會被回滾，這樣隊列中就會存在兩條相同的消息，系統需要支持去重。
Broker：簡單來說就是消息隊列服務器實體。
Exchange：消息交換機，它指定消息按什么規則，路由到哪個隊列。
Queue：消息隊列載體，每個消息都會被投入到一個或多個隊列。
Binding：綁定，它的作用就是把exchange和queue按照路由規則綁定起來。
Routing Key：路由關鍵字，exchange根據這個關鍵字進行消息投遞。
vhost：虛擬主機，一個broker里可以開設多個vhost，用作不同用戶的權限分離。
producer：消息生產者，就是投遞消息的程序。
consumer：消息消費者，就是接受消息的程序。
channel：消息通道，在客戶端的每個連接里，可建立多個channel，每個channel代表一個會話任務。
消息隊列的使用過程大概如下：
（1）客戶端連接到消息隊列服務器，打開一個channel。
（2）客戶端聲明一個exchange，並設置相關屬性。
（3）客戶端聲明一個queue，並設置相關屬性。
（4）客戶端使用routing key，在exchange和queue之間建立好綁定關系。
（5）客戶端投遞消息到exchange。
Exchanges, queues, and bindings
exchanges, queues, and bindings是三個基礎的概念, 他們的作用是:
exchanges are where producers publish their messages,
queues are where the messages end up and are received by consumers, and
bindings are how the messages get routed from the exchange to particular queues.
下面我們用一副簡單的思維導圖把上面的概念組織起來:
上面還提到了一個vhost的概念,vhost是為了組織exchanges, queues, and bindings提出的概念,我們就從它開始講起:
VHost
Vhosts也是AMQP的一個基礎概念,連接到RabbitMQ默認就有一個名為"/"的vhost可用,本地調試的時候可以直接使用這個默認的vhost.這個"/"的訪問可以使用guest用戶名(密碼guest)訪問.可以使用rabbitmqctl工具修改這個賬戶的權限和密碼,這在生產環境是必須要關注的. 出於安全和可移植性的考慮,一個vhost內的exchange不能綁定到其他的vhost.
可以按照業務功能組來規划vhost,在集群環境中只要在某個節點創建vhost就會在整個集群內的節點都創建該vhost.VHost和權限都不能通過AMQP協議創建,在RabbitMQ中都是使用rabbitmqctl進行創建,管理.
如何創建vhost
vhost和permission(權限)信息是並不是通過AMQP創建而是通過rabbitmqctl工具來添加,管理的.
說完vhost我們就來看看重中之重的消息:Message
Message
消息由兩部分組成: payload and label. "payload"是實際要傳輸的數據,至於數據的格式RabbitMQ並不關心,"label"描述payload,包括exchange name 和可選的topic tag.消息一旦到了consumer那里就只有payload部分了,label部分並沒有帶過來.RabbitMQ並不告訴你消息是誰發出的.這好比你收到一封信但是信封上是空白的.當然想知道是誰發的還是有辦法的,在消息內容中包含發送者的信息就可以了.
消息的consumer和producer對應的概念是sending和receiving並不對應client和server.通過channel我們可以創建很多並行的傳輸 TCP鏈接不再成為瓶頸,我們可以把RabbitMQ當做應用程序級別的路由器.
Consumer消息的接收方式
Consumer有兩種方式接收消息:
通過
basic.consume 訂閱隊列.channel將進入接收模式直到你取消訂閱.訂閱模式下Consumer只要上一條消息處理完成(ACK或拒絕),就會主動接收新消息.如果消息到達queue就希望得到盡快處理,也應該使用basic.consume命令.
還有一種情況,我們不需要一直保持訂閱,只要使用basic.get命令主動獲取消息即可.當前消息處理完成之后,繼續獲取消息需要主動執行basic.get 不要"在循環中使用basic.ge"t當做另外一種形式的basic.consume,因為這種做法相比basic.consume有額外的成本:basic.get本質上就是先訂閱queue取回一條消息之后取消訂閱.Consumer吞吐量大的情況下通常都會使用basic.consume.
要是沒有Consumer怎么辦?
如果消息沒有Consumer就會老老實實呆在隊列里面.
多個Consumer訂閱同一個隊列
只要Consumer訂閱了queue,消息就會發送到該Consumer.我們的問題是這種情況下queue中的消息是如何分發的?
如果一個rabbit queue有多個consumer,具體到隊列中的某條消息只會發送到其中的一個Consumer.
消息確認
所有接收到的消息都要求發送響應消息(ACK).這里有兩種方式一種是Consumer使用basic.ack明確發送ACK,一種是訂閱queue的時候指定auto_ack為true,這樣消息一到Consumer那里RabbitMQ就會認為消息已經得到ACK.
要注意的是這里的響應和消息的發送者沒有絲毫關系,ACK只是Consumer向RabbitMQ確認消息已經正確的接收到消息,RabbitMQ可以安全移除該消息,僅此而已.
沒有正確響應怎么辦
如果Consumer接收了一個消息就還沒有發送ACK就與RabbitMQ斷開了,RabbitMQ會認為這條消息沒有投遞成功會重新投遞到別的Consumer.如果你的應用程序崩掉了,你可以設置備用程序來繼續完成消息的處理.
如果Consumer本身邏輯有問題沒有發送ACK的處理,RabbitMQ不會再向該Consumer發送消息.RabbitMQ會認為這個Consumer還沒有處理完上一條消息,沒有能力繼續接收新消息.我們可以善加利用這一機制,如果需要處理過程是相當復雜的,應用程序可以延遲發送ACK直到處理完成為止.這可以有效控制應用程序這邊的負載,不致於被大量消息沖擊.
拒絕消息
由於要拒絕消息,所以ACK響應消息還沒有發出,所以這里拒絕消息可以有兩種選擇:
1.Consumer直接斷開RabbitMQ 這樣RabbitMQ將把這條消息重新排隊,交由其它Consumer處理.這個方法在RabbitMQ各版本都支持.這樣做的壞處就是連接斷開增加了RabbitMQ的額外負擔,特別是consumer出現異常每條消息都無法正常處理的時候.
2. RabbitMQ 2.0.0可以使用 basic.reject 命令,收到該命令RabbitMQ會重新投遞到其它的Consumer.如果設置requeue為false,RabbitMQ會直接將消息從queue中移除.
其實還有一種選擇就是直接忽略這條消息並發送ACK,當你明確直到這條消息是異常的不會有Consumer能處理,可以這樣做拋棄異常數據.為什么要發送basic.reject消息而不是ACK?RabbitMQ后面的版本可能會引入"dead letter"隊列,如果想利用dead letter做點文章就使用basic.reject並設置requeue為false.
消息持久化
消息的持久化需要在消息投遞的時候設置delivery mode值為2.由於消息實際存儲於queue之中,"皮之不存毛將焉附"邏輯上,消息持久化同時要求exchange和queue也是持久化的.這是消息持久化必須滿足的三個條件.
持久化的代價就是性能損失,磁盤IO遠遠慢於RAM(使用SSD會顯著提高消息持久化的性能) , 持久化會大大降低RabbitMQ每秒可處理的消息.兩者的性能差距可能在10倍以上.
消息恢復
consumer從durable queue中取回一條消息之后並發回了ACK消息,RabbitMQ就會將其標記,方便后續垃圾回收.如果一條持久化的消息沒有被consumer取走,RabbitMQ重啟之后會自動重建exchange和queue(以及bingding關系),消息通過持久化日志重建再次進入對應的queues,exchanges.
皮之不存,毛將焉附?緊接着我們看看消息實際存放的地方:Queue
Queue
Queues是Massage的落腳點和等待接收的地方,消息除非被扔進黑洞否則就會被安置在一個Queue里面.Queue很適合做負載均衡,RabbitMQ可以在若干consumer中間實現輪流調度(Round-Robin).
如何創建隊列
consumer和producer都可以創建Queue,如果consumer來創建,避免consumer訂閱一個不存在的Queue的情況,但是這里要承擔一種風險:消息已經投遞但是consumer尚未創建隊列,那么消息就會被扔到黑洞,換句話說消息丟了;避免這種情況的好辦法就是producer和consumer都嘗試創建一下queue. 如果consumer在已經訂閱了另外一個Queue的情況下無法完成新Queue的創建,必須取消之前的訂閱將Channel置為傳輸模式("transmit")才能創建新的Channel.
創建Queue的時候通常要指定名字,名字方便consumer訂閱.即使你不指定Rabbit會給它分配一個隨機的名字,這在使用臨時匿名隊列完成RPC-over-AMQP調用時會非常有用.
創建Queue的時候還有兩個非常有用的選項:
exclusive—When set to true, your queue becomes private and can only be consumed by your app. This is useful when you need to limit a queue to only one consumer.
auto-delete—The queue is automatically deleted when the last consumer unsubscribes.
如果要創建只有一個consumer使用的臨時queue可以組合使用auto-delete和 exclusive.consumer一旦斷開連接該隊列自動刪除.
重復創建Queue會怎樣?如果Queue創建的選項完全一致的話,RabbitMQ直接返回成功,如果名稱相同但是創建選項不一致就會返回創建失敗.如果是想檢查Queue是否存在,可以設置queue.declare命令的passive 選項為true:如果隊列存在就會返回成功,如果隊列不存在會報錯且不會執行創建邏輯.
消息是如何從動態路由到不同的隊列的?這就看下面的內容了
bindings and exchanges
消息如何發送到隊列
消息是如何發送到隊列的?這就要說到AMQP
bindings and exchanges. 投遞消息到queue都是經由exchange完成的,和生活中的郵件投遞一樣也需要遵循一定的規則,在RabbitMQ中規則是通過routing key把queue綁定到exchange上,這種綁定關系即binding.消息發送到RabbitMQ都會攜帶一個routing key(哪怕是空的key),RabbitMQ會根據bindings匹配routing key,如果匹配成功消息會轉發到指定Queue,如果沒有匹配到queue消息就會被扔到黑洞.
如何發送到多個隊列
消息是分發到多個隊列的?AMQP協議里面定義了幾種不同類型的exchange:direct, fanout, topic, and headers. 每一種都實現了一種 routing 算法. header的路由消息並不依賴routing key而是去匹配AMQP消息的header部分,這和下面提到的direct exchange如出一轍,但是性能要差很多,在實際場景中幾乎不會被用到.
direct exchange routing key完全匹配才轉發
fanout exchange 不理會routing key,消息直接廣播到所有綁定的queue
topic exchange 對routing key模式匹配
exchange持久化
創建queue和exchange默認情況下都是沒有持久化的,節點重啟之后queue和exchange就會消失,這里需要特別指定queue和exchange的durable屬性.
Consumer是直接創建TCP鏈接到RabbitMQ嗎?下面就是答案:
Channel
無論是要發布消息還是要獲取消息 ,應用程序都需要通過TCP連接到RabbitMQ.應用程序連接並通過權限認證之后就要創建Channel來執行AMQP命令.Channel是建立在實際TCP連接之上通信管道,這里之所以引入channel的概念而不是直接通過TCP鏈接直接發送AMQP命令,是出於兩方面的考慮:建立上成百上千的TCP鏈接,一方面浪費了TCP鏈接,一方面很快會觸及系統瓶頸.引入了Channel之后多個進程與RabbitMQ的通信可以在一條TCP鏈接上完成.我們可以把TCP類比做光纜,那么Channel就像光纜中的一根根光纖.
參考資料
