深入了解RabbitMQ工作原理及简单使用

RabbitMQ简介

在介绍RabbitMQ之前实现要介绍一下MQ,MQ是什么?

MQ全称是Message Queue,可以理解为消息队列的意思,简单来说就是消息以管道的方式进行传递。

RabbitMQ是一个实现了AMQP(Advanced Message Queuing Protocol)高级消息队列协议的消息队列服务,用Erlang语言的。

使用场景

在我们秒杀抢购商品的时候,系统会提醒我们稍等排队中,而不是像几年前一样页面卡死或报错给用户。

像这种排队结算就用到了消息队列机制,放入通道里面一个一个结算处理,而不是某个时间断突然涌入大批量的查询新增把数据库给搞宕机,所以RabbitMQ本质上起到的作用就是削峰填谷,为业务保驾护航。

为什么选择RabbitMQ

现在的市面上有很多MQ可以选择,比如ActiveMQ、ZeroMQ、Appche Qpid,那问题来了为什么要选择RabbitMQ?

  1. 除了Qpid,RabbitMQ是唯一一个实现了AMQP标准的消息服务器;
  2. 可靠性,RabbitMQ的持久化支持,保证了消息的稳定性;
  3. 高并发,RabbitMQ使用了Erlang开发语言,Erlang是为电话交换机开发的语言,天生自带高并发光环,和高可用特性;
  4. 集群部署简单,正是应为Erlang使得RabbitMQ集群部署变的超级简单;
  5. 社区活跃度高,根据网上资料来看,RabbitMQ也是首选;

工作机制

生产者、消费者和代理

在了解消息通讯之前首先要了解3个概念:生产者、消费者和代理。

生产者:消息的创建者,负责创建和推送数据到消息服务器;

消费者:消息的接收方,用于处理数据和确认消息;

代理:就是RabbitMQ本身,用于扮演“快递”的角色,本身不生产消息,只是扮演“快递”的角色。

消息发送原理

首先你必须连接到Rabbit才能发布和消费消息,那怎么连接和发送消息的呢?

你的应用程序和Rabbit Server之间会创建一个TCP连接,一旦TCP打开,并通过了认证,认证就是你试图连接Rabbit之前发送的Rabbit服务器连接信息和用户名和密码,有点像程序连接数据库,使用Java有两种连接认证的方式,后面代码会详细介绍,一旦认证通过你的应用程序和Rabbit就创建了一条AMQP信道(Channel)。

信道是创建在“真实”TCP上的虚拟连接,AMQP命令都是通过信道发送出去的,每个信道都会有一个唯一的ID,不论是发布消息,订阅队列或者介绍消息都是通过信道完成的。

为什么不通过TCP直接发送命令?

对于操作系统来说创建和销毁TCP会话是非常昂贵的开销,假设高峰期每秒有成千上万条连接,每个连接都要创建一条TCP会话,这就造成了TCP连接的巨大浪费,而且操作系统每秒能创建的TCP也是有限的,因此很快就会遇到系统瓶颈。

如果我们每个请求都使用一条TCP连接,既满足了性能的需要,又能确保每个连接的私密性,这就是引入信道概念的原因。

你必须知道的Rabbit

想要真正的了解Rabbit有些名词是你必须知道的。

包括:ConnectionFactory(连接管理器)、Channel(信道)、Exchange(交换器)、Queue(队列)、RoutingKey(路由键)、BindingKey(绑定键)。

ConnectionFactory(连接管理器):应用程序与Rabbit之间建立连接的管理器,程序代码中使用;

Channel(信道):消息推送使用的通道;

Exchange(交换器):用于接受、分配消息;

Queue(队列):用于存储生产者的消息;

RoutingKey(路由键):用于把生成者的数据分配到交换器上;

BindingKey(绑定键):用于把交换器的消息绑定到队列上;

看到上面的解释,最难理解的路由键和绑定键了,那么他们具体怎么发挥作用的,请看下图:

关于更多交换器的信息,我们在后面再讲。

消息持久化

Rabbit队列和交换器有一个不可告人的秘密,就是默认情况下重启服务器会导致消息丢失,那么怎么保证Rabbit在重启的时候不丢失呢?答案就是消息持久化。

当你把消息发送到Rabbit服务器的时候,你需要选择你是否要进行持久化,但这并不能保证Rabbit能从崩溃中恢复,想要Rabbit消息能恢复必须满足3个条件:

  1. 投递消息的时候durable设置为true,消息持久化,代码:channel.queueDeclare(x, true, false, false, null),参数2设置为true持久化;
  2. 设置投递模式deliveryMode设置为2(持久),代码:channel.basicPublish(x, x, MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN,x),参数3设置为存储纯文本到磁盘;
  3. 消息已经到达持久化交换器上;
  4. 消息已经到达持久化的队列;

持久化工作原理

Rabbit会将你的持久化消息写入磁盘上的持久化日志文件,等消息被消费之后,Rabbit会把这条消息标识为等待垃圾回收。

持久化的缺点

消息持久化的优点显而易见,但缺点也很明显,那就是性能,因为要写入硬盘要比写入内存性能较低很多,从而降低了服务器的吞吐量,尽管使用SSD硬盘可以使事情得到缓解,但他仍然吸干了Rabbit的性能,当消息成千上万条要写入磁盘的时候,性能是很低的。

所以使用者要根据自己的情况,选择适合自己的方式。

虚拟主机

每个Rabbit都能创建很多vhost,我们称之为虚拟主机,每个虚拟主机其实都是mini版的RabbitMQ,拥有自己的队列,交换器和绑定,拥有自己的权限机制。

vhost特性

  1. RabbitMQ默认的vhost是“/”开箱即用;

  2. 多个vhost是隔离的,多个vhost无法通讯,并且不用担心命名冲突(队列和交换器和绑定),实现了多层分离;

  3. 创建用户的时候必须指定vhost;

vhost操作

可以通过rabbitmqctl工具命令创建:

rabbitmqctl add_vhost[vhost_name]

删除vhost:

rabbitmqctl delete_vhost[vhost_name]

查看所有的vhost:

rabbitmqctl list_vhosts

代码实现

java版实现,使用maven项目

项目创建成功之后,添加Rabbit Client jar包,只需要在pom.xml里面配置,如下信息:

 <dependency>
  <groupId>com.rabbitmq</groupId>
  <artifactId>amqp-client</artifactId>
  <version>5.2.0</version>
</dependency>

java实现代码分为两个类,第一个是创建Rabbit连接,第二是应用类使用最简单的方式发布和消费消息。

Rabbit的连接,两种方式:

方式一:

public static Connection GetRabbitConnection() {
	ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
	factory.setUsername(Config.UserName);
	factory.setPassword(Config.Password);
	factory.setVirtualHost(Config.VHost);
	factory.setHost(Config.Host);
	factory.setPort(Config.Port);
	Connection conn = null;
	try {
		conn = factory.newConnection();
	} catch (Exception e) {
		e.printStackTrace();
	}
	return conn;
}

方式二:

public static Connection GetRabbitConnection2() {
	ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
	// 连接格式:amqp://userName:password@hostName:portNumber/virtualHost
	String uri = String.format("amqp://%s:%s@%s:%d%s", Config.UserName, Config.Password, Config.Host, Config.Port,
			Config.VHost);
	Connection conn = null;
	try {
		factory.setUri(uri);
		factory.setVirtualHost(Config.VHost);
		conn = factory.newConnection();
	} catch (Exception e) {
		e.printStackTrace();
	}
	return conn;
}

第二部分:应用类,使用最简单的方式发布和消费消息

public static void main(String[] args) {
	Publisher(); // 推送消息

	Consumer(); // 消费消息
}

/**
 * 推送消息
 */
public static void Publisher() {
	// 创建一个连接
	Connection conn = ConnectionFactoryUtil.GetRabbitConnection();
	if (conn != null) {
		try {
			// 创建通道
			Channel channel = conn.createChannel();
			// 声明队列【参数说明:参数一:队列名称,参数二:是否持久化;参数三:是否独占模式;参数四:消费者断开连接时是否删除队列;参数五:消息其他参数】
			channel.queueDeclare(Config.QueueName, false, false, false, null);
			String content = String.format("当前时间:%s", new Date().getTime());
			// 发送内容【参数说明:参数一:交换机名称;参数二:队列名称,参数三:消息的其他属性-routing headers,此属性为MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN用于设置纯文本消息存储到硬盘;参数四:消息主体】
			channel.basicPublish("", Config.QueueName, null, content.getBytes("UTF-8"));
			System.out.println("已发送消息:" + content);
			// 关闭连接
			channel.close();
			conn.close();
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

/**
 * 消费消息
 */
public static void Consumer() {
	// 创建一个连接
	Connection conn = ConnectionFactoryUtil.GetRabbitConnection();
	if (conn != null) {
		try {
			// 创建通道
			Channel channel = conn.createChannel();
			// 声明队列【参数说明:参数一:队列名称,参数二:是否持久化;参数三:是否独占模式;参数四:消费者断开连接时是否删除队列;参数五:消息其他参数】
			channel.queueDeclare(Config.QueueName, false, false, false, null);

			// 创建订阅器,并接受消息
			channel.basicConsume(Config.QueueName, false, "", new DefaultConsumer(channel) {
				@Override
				public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, AMQP.BasicProperties properties,
						byte[] body) throws IOException {
					String routingKey = envelope.getRoutingKey(); // 队列名称
					String contentType = properties.getContentType(); // 内容类型
					String content = new String(body, "utf-8"); // 消息正文
					System.out.println("消息正文:" + content);
					channel.basicAck(envelope.getDeliveryTag(), false); // 手动确认消息【参数说明:参数一:该消息的index;参数二:是否批量应答,true批量确认小于index的消息】
				}
			});

		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

代码里面已经写了很详细的注释,在这里也不过多的介绍了。

执行效果,如图:

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