RabbitMQ知多少

1.引言

RabbitMQ——Rabbit Message Queue的简写,但不能仅仅理解其为消息队列,消息代理更合适。RabbitMQ 是一个由 Erlang 语言开发的AMQP(高级消息队列协议)的开源实现,其内部结构如下:

RabbitMQ 内部结构

RabbitMQ作为一个消息代理,主要和消息打交道,负责接收并转发消息。RabbitMQ提供了可靠的消息机制、跟踪机制和灵活的消息路由,支持消息集群和分布式部署。适用于排队算法、秒杀活动、消息分发、异步处理、数据同步、处理耗时任务、CQRS等应用场景。

下面我们就来学习下RabbitMQ。

2. 环境搭建

本文主要基于Windows下使用Vs Code 基于.net core进行demo演示。开始之前我们需要准备好以下环境。

  • 安装Erlang运行环境
    下载安装Erlang
  • 安装RabbitMQ
    下载安装Windows版本的RabbitMQ
  • 启动RabbitMQ Server
    点击Windows开始按钮,输入RabbitMQ找到RabbitMQ Comman Prompt,以管理员身份运行。
  • 依次执行以下命令启动RabbitMQ服务
rabbitmq-service install
rabbitmq-service enable
rabbitmq-service start
  • 执行rabbitmqlctl status检查RabbitMQ状态
  • 安装管理平台插件
    执行rabbitmq-plugins enable rabbitmq_management即可成功安装,使用默认账号密码(guest/guest)登录http://localhost:15672/即可。

3. Hello RabbitMQ

在开始之前我们先来了解下消息模型:
消息流
消费者(consumer)订阅某个队列。生产者(producer)创建消息,然后发布到队列(queue)中,队列再将消息发送到监听的消费者。

下面我们我们通过demo来了解RabbitMQ的基本用法。

3.1.消息的发送和接收

创建RabbitMQ文件夹,打开命令提示符,分别创建两个控制台项目Send、Receive。

dotnet new console --name Send //创建发送端控制台应用
cd Send //进入Send目录
dotnet add package RabbitMQ.Client //添加RabbitMQ.Client包
dotnet restore //恢复包
dotnet new console --name Receive //创建接收端控制台应用
cd Receive //进入Receive目录
dotnet add package RabbitMQ.Client //添加RabbitMQ.Client包
dotnet restore //恢复包

我们先来添加消息发送端逻辑:

//Send.cs 
public static void Main(string[] args)
{
    //1.1.实例化连接工厂
    var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost" };
    //2. 建立连接
    using (var connection = factory.CreateConnection())
    {
        //3. 创建信道
        using (var channel = connection.CreateModel())
        {
            //4. 申明队列
            channel.QueueDeclare(queue: "hello", durable: false, exclusive: false, autoDelete: false, arguments: null);
            //5. 构建byte消息数据包
            string message = args.Length > 0 ? args[0] : "Hello RabbitMQ!";
            var body = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
            //6. 发送数据包
            channel.BasicPublish(exchange: "", routingKey: "hello", basicProperties: null, body: body);
            Console.WriteLine(" [x] Sent {0}", message);
        }
    }
}

再来完善消息接收端逻辑:

//Receive.cs  省略部分代码
public static void Main()
{
    //1.实例化连接工厂
    var factory = new ConnectionFactory() { HostName = "localhost" };
    //2. 建立连接
    using (var connection = factory.CreateConnection())
    {
        //3. 创建信道
        using (var channel = connection.CreateModel())
        {
            //4. 申明队列
            channel.QueueDeclare(queue: "hello", durable: false, exclusive: false, autoDelete: false, arguments: null);
            //5. 构造消费者实例
            var consumer = new EventingBasicConsumer(channel);
            //6. 绑定消息接收后的事件委托
            consumer.Received += (model, ea) =>
            {
                var message = Encoding.UTF8.GetString(ea.Body);
                Console.WriteLine(" [x] Received {0}", message);
                Thread.Sleep(6000);//模拟耗时
                Console.WriteLine (" [x] Done");
            };
            //7. 启动消费者
            channel.BasicConsume(queue: "hello", autoAck: true, consumer: consumer);
            Console.WriteLine(" Press [enter] to exit.");
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

先运行消息接收端,再运行消息发送端,结果如下图。

运行结果

从上面的代码中可以看出,发送端和消费端的代码前4步都是一样的。主要的区别在于发送端调用channel.BasicPublish方法发送消息;而接收端需要实例化一个EventingBasicConsumer实例来进行消息处理逻辑。另外一点需要注意的是:消息接收端和发送端的队列名称(queue)必须保持一致,这里指定的队列名称为hello。

3.2. 循环调度

使用工作队列的好处就是它能够并行的处理队列。如果堆积了很多任务,我们只需要添加更多的工作者(workers)就可以了。我们先启动两个接收端,等待消息接收,再启动一个发送端进行消息发送。

消息分发

我们增加运行一个消费端后的运行结果:

循环调度

从图中可知,我们循环发送4条信息,两个消息接收端按顺序被循环分配。
默认情况下,RabbitMQ将按顺序将每条消息发送给下一个消费者。平均每个消费者将获得相同数量的消息。这种分发消息的方式叫做循环(round-robin)。

3.3. 消息确认

按照我们上面的demo,一旦RabbitMQ将消息发送到消费端,消息就会立即从内存中移出,无论消费端是否处理完成。在这种情况下,消息就会丢失。

为了确保一个消息永远不会丢失,RabbitMQ支持消息确认(message acknowledgments)。当消费端接收消息并且处理完成后,会发送一个ack(消息确认)信号到RabbitMQ,RabbitMQ接收到这个信号后,就可以删除掉这条已经处理的消息任务。但如果消费端挂掉了(比如,通道关闭、连接丢失等)没有发送ack信号。RabbitMQ就会明白某个消息没有正常处理,RabbitMQ将会重新将消息入队,如果有另外一个消费端在线,就会快速的重新发送到另外一个消费端。

RabbitMQ中没有消息超时的概念,只有当消费端关闭或奔溃时,RabbitMQ才会重新分发消息。

微调下Receive中的代码逻辑:

 //5. 构造消费者实例
 var consumer = new EventingBasicConsumer(channel);
 //6. 绑定消息接收后的事件委托
 consumer.Received += (model, ea) =>
 {
     var message = Encoding.UTF8.GetString(ea.Body);
     Console.WriteLine(" [x] Received {0}", message);
     Thread.Sleep(6000);//模拟耗时
     Console.WriteLine(" [x] Done");
     // 7. 发送消息确认信号(手动消息确认)
     channel.BasicAck(deliveryTag: ea.DeliveryTag, multiple: false);
 };
 //8. 启动消费者
 //autoAck:true;自动进行消息确认,当消费端接收到消息后,就自动发送ack信号,不管消息是否正确处理完毕
 //autoAck:false;关闭自动消息确认,通过调用BasicAck方法手动进行消息确认
 channel.BasicConsume(queue: "hello", autoAck: false, consumer: consumer);

主要改动的是将 autoAck:true修改为autoAck:fasle,以及在消息处理完毕后手动调用BasicAck方法进行手动消息确认。

从图中可知,消息发送端连续发送4条消息,其中消费端1先被分配处理第一条消息,消费端2被循环分配第二条消息,第三条消息由于没有空闲消费者仍然在队列中。
在消费端2未处理完第一条消息之前,手动中断(ctrl+c)。我们可以发现RabbitMQ在下一次分发时,会优先将被中断的消息分发给消费端1处理。

3.4. 消息持久化

消息确认确保了即使消费端异常,消息也不会丢失能够被重新分发处理。但是如果RabbitMQ服务端异常,消息依然会丢失。除非我们指定durable:true,否则当RabbitMQ退出或奔溃时,消息将依然会丢失。通过指定durable:true,并指定Persistent=true,来告知RabbitMQ将消息持久化。

//send.cs
//4. 申明队列(指定durable:true,告知rabbitmq对消息进行持久化)
channel.QueueDeclare(queue: "hello", durable: true, exclusive: false, autoDelete: false, arguments
//将消息标记为持久性 - 将IBasicProperties.SetPersistent设置为true
var properties = channel.CreateBasicProperties();
properties.Persistent = true;
//5. 构建byte消息数据包
string message = args.Length > 0 ? args[0] : "Hello RabbitMQ!";
var body = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
//6. 发送数据包(指定basicProperties)
channel.BasicPublish(exchange: "", routingKey: "hello", basicProperties: properties, body: body);

将消息标记为持久性不能完全保证消息不会丢失。虽然它告诉RabbitMQ将消息保存到磁盘,但是当RabbitMQ接受消息并且还没有保存时​​,仍然有一个很短的时间窗口。RabbitMQ 可能只是将消息保存到了缓存中,并没有将其写入到磁盘上。持久化是不能够一定保证的,但是对于一个简单任务队列来说已经足够。如果需要确保消息队列的持久化,可以使用publisher confirms.

3.5. 公平分发

RabbitMQ的消息分发默认按照消费端的数量,按顺序循环分发。这样仅是确保了消费端被平均分发消息的数量,但却忽略了消费端的闲忙情况。这就可能出现某个消费端一直处理耗时任务处于阻塞状态,某个消费端一直处理一般任务处于空置状态,而只是它们分配的任务数量一样。

但我们可以通过channel.BasicQos(prefetchSize: 0, prefetchCount: 1, global: false);
设置prefetchCount : 1来告知RabbitMQ,在未收到消费端的消息确认时,不再分发消息,也就确保了当消费端处于忙碌状态时,不再分配任务。

//Receive.cs
//4. 申明队列
channel.QueueDeclare(queue: "hello", durable: false, exclusive: false, autoDelete: false, arguments: null);
//设置prefetchCount : 1来告知RabbitMQ,在未收到消费端的消息确认时,不再分发消息,也就确保了当消费端处于忙碌状态时
channel.BasicQos(prefetchSize: 0, prefetchCount: 1, global: false);

这时你需要注意的是如果所有的消费端都处于忙碌状态,你的队列可能会被塞满。你需要注意这一点,要么添加更多的消费端,要么采取其他策略。

4. Exchange

细心的你也许发现上面的demo,生产者和消费者直接是通过相同队列名称进行匹配衔接的。消费者订阅某个队列,生产者创建消息发布到队列中,队列再将消息转发到订阅的消费者。这样就会有一个局限性,即消费者一次只能发送消息到某一个队列。

那消费者如何才能发送消息到多个消息队列呢?
RabbitMQ提供了Exchange,它类似于路由器的功能,它用于对消息进行路由,将消息发送到多个队列上。Exchange一方面从生产者接收消息,另一方面将消息推送到队列。但exchange必须知道如何处理接收到的消息,是将其附加到特定队列还是附加到多个队列,还是直接忽略。而这些规则由exchange type定义,exchange的原理如下图所示。
Exchange

常见的exchange type 有以下几种:

  • direct(明确的路由规则:消费端绑定的队列名称必须和消息发布时指定的路由名称一致)
  • topic (模式匹配的路由规则:支持通配符)
  • fanout (消息广播,将消息分发到exchange上绑定的所有队列上)

下面我们就来一一这介绍它们的用法。

4.1 fanout

本着先易后难的思想,我们先来了解下fanout的广播路由机制。fanout的路由机制如下图,即发送到 fanout 类型exchange的消息都会分发到所有绑定该exchange的队列上去。

fanout 路由机制

生产者示例代码:

// 生成随机队列名称
var queueName = channel.QueueDeclare().QueueName;
//使用fanout exchange type,指定exchange名称
channel.ExchangeDeclare(exchange: "fanoutEC", type: "fanout");
var message = "Hello Rabbit!";
var body = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
//发布到指定exchange,fanout类型无需指定routingKey
channel.BasicPublish(exchange: "fanoutEC", routingKey: "", basicProperties: null, body: body);

消费者示例代码:

//申明fanout类型exchange
channel.ExchangeDeclare (exchange: "fanoutEC", type: "fanout");
//申明随机队列名称
var queuename = channel.QueueDeclare ().QueueName;
//绑定队列到指定fanout类型exchange,无需指定路由键
channel.QueueBind (queue : queuename, exchange: "fanoutEC", routingKey: "");

4.2. direct

direct相对于fanout就属于完全匹配、单播的模式,路由机制如下图,即队列名称和消息发送时指定的路由完全匹配时,消息才会发送到指定队列上。
direct路由机制

生产者示例代码:

// 生成随机队列名称
var queueName = channel.QueueDeclare().QueueName;
//使用direct exchange type,指定exchange名称
channel.ExchangeDeclare(exchange: "directEC", type: "direct");
var message = "Hello Rabbit!";
var body = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
//发布到direct类型exchange,必须指定routingKey
channel.BasicPublish(exchange: "directEC", routingKey: "green", basicProperties: null, body: body);

消费者示例代码:

//申明direct类型exchange
channel.ExchangeDeclare (exchange: "directEC", type: "direct");
//绑定队列到direct类型exchange,需指定路由键routingKey
channel.QueueBind (queue : green, exchange: "directEC", routingKey: "green");

4.3. topic

topic是direct的升级版,是一种模式匹配的路由机制。它支持使用两种通配符来进行模式匹配:符号#和符号*。其中*匹配一个单词, #则表示匹配0个或多个单词,单词之间用.分割。如下图所示。
topic路由机制

生产者示例代码:

// 生成随机队列名称
var queueName = channel.QueueDeclare().QueueName;
//使用topic exchange type,指定exchange名称
channel.ExchangeDeclare(exchange: "topicEC", type: "topic");
var message = "Hello Rabbit!";
var body = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
//发布到topic类型exchange,必须指定routingKey
channel.BasicPublish(exchange: "topicEC", routingKey: "first.green.fast", basicProperties: null, body: body);

消费者示例代码:

//申明topic类型exchange
channel.ExchangeDeclare (exchange: "topicEC", type: "topic");
//申明随机队列名称
var queuename = channel.QueueDeclare ().QueueName;
//绑定队列到topic类型exchange,需指定路由键routingKey
channel.QueueBind (queue : queuename, exchange: "topicEC", routingKey: "#.*.fast");

5. RPC

RPC——Remote Procedure Call,远程过程调用。
那RabbitMQ如何进行远程调用呢?示意图如下:
RPC机制
第一步,主要是进行远程调用的客户端需要指定接收远程回调的队列,并申明消费者监听此队列。
第二步,远程调用的服务端除了要申明消费端接收远程调用请求外,还要将结果发送到客户端用来监听的结果的队列中去。

远程调用客户端:

 //申明唯一guid用来标识此次发送的远程调用请求
 var correlationId = Guid.NewGuid().ToString();
 //申明需要监听的回调队列
 var replyQueue = channel.QueueDeclare().QueueName;
 var properties = channel.CreateBasicProperties();
 properties.ReplyTo = replyQueue;//指定回调队列
 properties.CorrelationId = correlationId;//指定消息唯一标识
 string number = args.Length > 0 ? args[0] : "30";
 var body = Encoding.UTF8.GetBytes(number);
 //发布消息
 channel.BasicPublish(exchange: "", routingKey: "rpc_queue", basicProperties: properties, body: body);
 Console.WriteLine($"[*] Request fib({number})");
 // //创建消费者用于处理消息回调(远程调用返回结果)
 var callbackConsumer = new EventingBasicConsumer(channel);
 channel.BasicConsume(queue: replyQueue, autoAck: true, consumer: callbackConsumer);
 callbackConsumer.Received += (model, ea) =>
 {
      //仅当消息回调的ID与发送的ID一致时,说明远程调用结果正确返回。
     if (ea.BasicProperties.CorrelationId == correlationId)
     {
         var responseMsg = $"Get Response: {Encoding.UTF8.GetString(ea.Body)}";
         Console.WriteLine($"[x]: {responseMsg}");
     }
 };

远程调用服务端:

//申明队列接收远程调用请求
channel.QueueDeclare(queue: "rpc_queue", durable: false,
    exclusive: false, autoDelete: false, arguments: null);
var consumer = new EventingBasicConsumer(channel);
Console.WriteLine("[*] Waiting for message.");
//请求处理逻辑
consumer.Received += (model, ea) =>
{
    var message = Encoding.UTF8.GetString(ea.Body);
    int n = int.Parse(message);
    Console.WriteLine($"Receive request of Fib({n})");
    int result = Fib(n);
    //从请求的参数中获取请求的唯一标识,在消息回传时同样绑定
    var properties = ea.BasicProperties;
    var replyProerties = channel.CreateBasicProperties();
    replyProerties.CorrelationId = properties.CorrelationId;
    //将远程调用结果发送到客户端监听的队列上
    channel.BasicPublish(exchange: "", routingKey: properties.ReplyTo,
        basicProperties: replyProerties, body: Encoding.UTF8.GetBytes(result.ToString()));
    //手动发回消息确认
    channel.BasicAck(ea.DeliveryTag, false);
    Console.WriteLine($"Return result: Fib({n})= {result}");
};
channel.BasicConsume(queue: "rpc_queue", autoAck: false, consumer: consumer);

6. 总结

基于上面的demo和对几种不同exchange路由机制的学习,我们发现RabbitMQ主要是涉及到以下几个核心概念:

  1. Publisher:生产者,消息的发送方。
  2. Connection:网络连接。
  3. Channel:信道,多路复用连接中的一条独立的双向数据流通道。
  4. Exchange:交换器(路由器),负责消息的路由到相应队列。
  5. Binding:队列与交换器间的关联绑定。消费者将关注的队列绑定到指定交换器上,以便Exchange能准确分发消息到指定队列。
  6. Queue:队列,消息的缓冲存储区。
  7. Virtual Host:虚拟主机,虚拟主机提供资源的逻辑分组和分离。包含连接,交换,队列,绑定,用户权限,策略等。
  8. Broker:消息队列的服务器实体。
  9. Consumer:消费者,消息的接收方。

这次作为入门就讲到这里,下次我们来讲解下EventBus + RabbitMQ如何实现事件的分发。

参考资料:
RabbitMQ Tutorials
Demo路径——RabbitMQ

posted @ 2017-07-17 08:30 「圣杰」 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏