Java 消息队列

作者: Arvin Chen 分类: Java 来源: Break易站(www.breakyizhan.com)

一、消息队列概述

消息队列中间件是分布式系统中重要的组件,主要解决应用解耦,异步消息,流量削锋等问题,实现高性能,高可用,可伸缩和最终一致性架构。目前使用较多的消息队列有ActiveMQ,RabbitMQ,ZeroMQ,Kafka,MetaMQ,RocketMQ

二、消息队列应用场景

以下介绍消息队列在实际应用中常用的使用场景。异步处理,应用解耦,流量削锋和消息通讯四个场景。

2.1异步处理

场景说明:用户注册后,需要发注册邮件和注册短信。传统的做法有两种 1.串行的方式;2.并行方式
a、串行方式:将注册信息写入数据库成功后,发送注册邮件,再发送注册短信。以上三个任务全部完成后,返回给客户端。

b、并行方式:将注册信息写入数据库成功后,发送注册邮件的同时,发送注册短信。以上三个任务完成后,返回给客户端。与串行的差别是,并行的方式可以提高处理的时间

假设三个业务节点每个使用50毫秒钟,不考虑网络等其他开销,则串行方式的时间是150毫秒,并行的时间可能是100毫秒。
因为CPU在单位时间内处理的请求数是一定的,假设CPU1秒内吞吐量是100次。则串行方式1秒内CPU可处理的请求量是7次(1000/150)。并行方式处理的请求量是10次(1000/100)
小结:如以上案例描述,传统的方式系统的性能(并发量,吞吐量,响应时间)会有瓶颈。如何解决这个问题呢?

引入消息队列,将不是必须的业务逻辑,异步处理。改造后的架构如下:

按照以上约定,用户的响应时间相当于是注册信息写入数据库的时间,也就是50毫秒。注册邮件,发送短信写入消息队列后,直接返回,因此写入消息队列的速度很快,基本可以忽略,因此用户的响应时间可能是50毫秒。因此架构改变后,系统的吞吐量提高到每秒20 QPS。比串行提高了3倍,比并行提高了两倍。

2.2应用解耦

场景说明:用户下单后,订单系统需要通知库存系统。传统的做法是,订单系统调用库存系统的接口。如下图:

传统模式的缺点:假如库存系统无法访问,则订单减库存将失败,从而导致订单失败,订单系统与库存系统耦合

如何解决以上问题呢?引入应用消息队列后的方案,如下图:

订单系统:用户下单后,订单系统完成持久化处理,将消息写入消息队列,返回用户订单下单成功
库存系统:订阅下单的消息,采用拉/推的方式,获取下单信息,库存系统根据下单信息,进行库存操作
假如:在下单时库存系统不能正常使用。也不影响正常下单,因为下单后,订单系统写入消息队列就不再关心其他的后续操作了。实现订单系统与库存系统的应用解耦

2.3流量削锋

流量削锋也是消息队列中的常用场景,一般在秒杀或团抢活动中使用广泛。
应用场景:秒杀活动,一般会因为流量过大,导致流量暴增,应用挂掉。为解决这个问题,一般需要在应用前端加入消息队列。
a、可以控制活动的人数
b、可以缓解短时间内高流量压垮应用

用户的请求,服务器接收后,首先写入消息队列。假如消息队列长度超过最大数量,则直接抛弃用户请求或跳转到错误页面。
秒杀业务根据消息队列中的请求信息,再做后续处理

2.4日志处理

日志处理是指将消息队列用在日志处理中,比如Kafka的应用,解决大量日志传输的问题。架构简化如下

日志采集客户端,负责日志数据采集,定时写受写入Kafka队列
Kafka消息队列,负责日志数据的接收,存储和转发
日志处理应用:订阅并消费kafka队列中的日志数据

2.5消息通讯

消息通讯是指,消息队列一般都内置了高效的通信机制,因此也可以用在纯的消息通讯。比如实现点对点消息队列,或者聊天室等
点对点通讯:

客户端A和客户端B使用同一队列,进行消息通讯。

聊天室通讯:

客户端A,客户端B,客户端N订阅同一主题,进行消息发布和接收。实现类似聊天室效果。

以上实际是消息队列的两种消息模式,点对点或发布订阅模式。模型为示意图,供参考。

三、消息中间件示例

3.1电商系统

消息队列采用高可用,可持久化的消息中间件。比如Active MQ,Rabbit MQ,Rocket Mq。
(1)应用将主干逻辑处理完成后,写入消息队列。消息发送是否成功可以开启消息的确认模式。(消息队列返回消息接收成功状态后,应用再返回,这样保障消息的完整性)
(2)扩展流程(发短信,配送处理)订阅队列消息。采用推或拉的方式获取消息并处理。
(3)消息将应用解耦的同时,带来了数据一致性问题,可以采用最终一致性方式解决。比如主数据写入数据库,扩展应用根据消息队列,并结合数据库方式实现基于消息队列的后续处理。

3.2日志收集系统

分为Zookeeper注册中心,日志收集客户端,Kafka集群和Storm集群(OtherApp)四部分组成。
Zookeeper注册中心,提出负载均衡和地址查找服务
日志收集客户端,用于采集应用系统的日志,并将数据推送到kafka队列
Kafka集群:接收,路由,存储,转发等消息处理
Storm集群:与OtherApp处于同一级别,采用拉的方式消费队列中的数据

四、JMS消息服务

讲消息队列就不得不提JMS 。JMS(JAVA Message Service,java消息服务)API是一个消息服务的标准/规范,允许应用程序组件基于JavaEE平台创建、发送、接收和读取消息。它使分布式通信耦合度更低,消息服务更加可靠以及异步性。
在EJB架构中,有消息bean可以无缝的与JM消息服务集成。在J2EE架构模式中,有消息服务者模式,用于实现消息与应用直接的解耦。

JMS即Java消息服务(Java Message Service)应用程序接口,是一个Java平台中关于面向消息中间件(MOM)的API,用于在两个应用程序之间,或分布式系统中发送消息,进行异步通信。Java消息服务是一个与具体平台无关的API,绝大多数MOM提供商都对JMS提供支持(百度百科给出的概述)。我们可以简单的理解:两个应用程序之间需要进行通信,我们使用一个JMS服务,进行中间的转发,通过JMS 的使用,我们可以解除两个程序之间的耦合。

4.1消息模型

JMS具有两种通信模式:

1、Point-to-Point Messaging Domain (点对点)

2、Publish/Subscribe Messaging Domain (发布/订阅模式)

在JMS API出现之前,大部分产品使用“点对点”和“发布/订阅”中的任一方式来进行消息通讯。JMS定义了这两种消息发送模型的规范,它们相互独立。任何JMS的提供者可以实现其中的一种或两种模型,这是它们自己的选择。JMS规范提供了通用接口保证我们基于JMS API编写的程序适用于任何一种模型。

4.1.1 P2P模式

P2P模式包含三个角色:消息队列(Queue),发送者(Sender),接收者(Receiver)。每个消息都被发送到一个特定的队列,接收者从队列中获取消息。队列保留着消息,直到他们被消费或超时。

P2P的特点
每个消息只有一个消费者(Consumer)(即一旦被消费,消息就不再在消息队列中)
发送者和接收者之间在时间上没有依赖性,也就是说当发送者发送了消息之后,不管接收者有没有正在运行,它不会影响到消息被发送到队列
接收者在成功接收消息之后需向队列应答成功
如果希望发送的每个消息都会被成功处理的话,那么需要P2P模式。

4.1.2 Pub/Sub模式

包含三个角色主题(Topic),发布者(Publisher),订阅者(Subscriber) 多个发布者将消息发送到Topic,系统将这些消息传递给多个订阅者。

Pub/Sub的特点
每个消息可以有多个消费者
发布者和订阅者之间有时间上的依赖性。针对某个主题(Topic)的订阅者,它必须创建一个订阅者之后,才能消费发布者的消息
为了消费消息,订阅者必须保持运行的状态
为了缓和这样严格的时间相关性,JMS允许订阅者创建一个可持久化的订阅。这样,即使订阅者没有被激活(运行),它也能接收到发布者的消息。
如果希望发送的消息可以不被做任何处理、或者只被一个消息者处理、或者可以被多个消费者处理的话,那么可以采用Pub/Sub模型。

4.2消息消费

在JMS中,消息的产生和消费都是异步的。对于消费来说,JMS的消息者可以通过两种方式来消费消息。
(1)同步
订阅者或接收者通过receive方法来接收消息,receive方法在接收到消息之前(或超时之前)将一直阻塞;

(2)异步
订阅者或接收者可以注册为一个消息监听器。当消息到达之后,系统自动调用监听器的onMessage方法。

JNDI:Java命名和目录接口,是一种标准的Java命名系统接口。可以在网络上查找和访问服务。通过指定一个资源名称,该名称对应于数据库或命名服务中的一个记录,同时返回资源连接建立所必须的信息。
JNDI在JMS中起到查找和访问发送目标或消息来源的作用。

五、常用消息队列对比

MQ性能对比

从社区活跃度
按照目前网络上的资料,RabbitMQ 、activeM 、ZeroMQ 三者中,综合来看,RabbitMQ 是首选。

持久化消息比较
ZeroMq 不支持,ActiveMq 和RabbitMq 都支持。持久化消息主要是指我们机器在不可抗力因素等情况下宕机了,消息不会丢失的机制。

综合技术实现
可靠性、灵活的路由、集群、事务、高可用的队列、消息排序、问题追踪、可视化管理工具、插件系统等等。
RabbitMq / Kafka 最好,ActiveMq 次之,ZeroMq 最差。当然ZeroMq 也可以做到,不过自己必须手动写代码实现,代码量不小。尤其是可靠性中的:持久性、投递确认、发布者证实和高可用性。

高并发
毋庸置疑,RabbitMQ 最高,原因是它的实现语言是天生具备高并发高可用的erlang 语言。

比较关注的比较, RabbitMQ 和 Kafka
RabbitMq 比Kafka 成熟,在可用性上,稳定性上,可靠性上, RabbitMq 胜于 Kafka (理论上)。RabbitMQ使用ProtoBuf序列化消息。极大的方便了Consumer的数据高效处理,与XML相比,ProtoBuf有以下优势:
1.简单
2.size小了3-10倍
3.速度快了20-100倍
4.易于编程
5.减少了语义的歧义.

ProtoBuf具有速度和空间的优势,使得它现在应用非常广泛。
另外,Kafka 的定位主要在日志等方面, 因为Kafka 设计的初衷就是处理日志的,可以看做是一个日志(消息)系统一个重要组件,针对性很强,所以 如果业务方面还是建议选择 RabbitMq 。
还有就是,Kafka 的性能(吞吐量、TPS )比RabbitMq 要高出来很多。

选型最后总结:
如果我们系统中已经有选择 Kafka,或者 RabbitMq,并且完全可以满足现在的业务,建议就不用重复去增加和造轮子。
可以在 Kafka 和 RabbitMq 中选择一个适合自己团队和业务的,这个才是最重要的。但是毋庸置疑现阶段,综合考虑没有第三选择。

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