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消息隊列使用的四種場景介紹(轉)

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消息隊列中間件是分布式系統中重要的組件,主要解決應用耦合,異步消息,流量削鋒等問題

實現高性能,高可用,可伸縮和最終一致性架構

使用較多的消息隊列有ActiveMQ,RabbitMQ,ZeroMQ,Kafka,MetaMQ,RocketMQ

二、消息隊列應用場景

以下介紹消息隊列在實際應用中常用的使用場景。異步處理,應用解耦,流量削鋒和消息通訊四個場景

2.1異步處理

場景說明:用戶註冊後,需要發註冊郵件和註冊短信。傳統的做法有兩種 1.串行的方式;2.並行方式

(1)串行方式:將註冊信息寫入數據庫成功後,發送註冊郵件,再發送註冊短信。以上三個任務全部完成後,返回給客戶端

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(2)並行方式:將註冊信息寫入數據庫成功後,發送註冊郵件的同時,發送註冊短信。以上三個任務完成後,返回給客戶端。與串行的差別是,並行的方式可以提高處理的時間

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假設三個業務節點每個使用50毫秒鐘,不考慮網絡等其他開銷,則串行方式的時間是150毫秒,並行的時間可能是100毫秒。

因為CPU在單位時間內處理的請求數是一定的,假設CPU1秒內吞吐量是100次。則串行方式1秒內CPU可處理的請求量是7次(1000/150)。並行方式處理的請求量是10次(1000/100)

小結:如以上案例描述,傳統的方式系統的性能(並發量,吞吐量,響應時間)會有瓶頸。如何解決這個問題呢?

引入消息隊列,將不是必須的業務邏輯,異步處理。改造後的架構如下:

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按照以上約定,用戶的響應時間相當於是註冊信息寫入數據庫的時間,也就是50毫秒。註冊郵件,發送短信寫入消息隊列後,直接返回,因此寫入消息隊列的速度很快,基本可以忽略,因此用戶的響應時間可能是50毫秒。因此架構改變後,系統的吞吐量提高到每秒20 QPS。比串行提高了3倍,比並行提高了兩倍

2.2應用解耦

場景說明:用戶下單後,訂單系統需要通知庫存系統。傳統的做法是,訂單系統調用庫存系統的接口。如下圖

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傳統模式的缺點:

  • 假如庫存系統無法訪問,則訂單減庫存將失敗,從而導致訂單失敗

  • 訂單系統與庫存系統耦合

如何解決以上問題呢?引入應用消息隊列後的方案,如下圖:

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  • 訂單系統:用戶下單後,訂單系統完成持久化處理,將消息寫入消息隊列,返回用戶訂單下單成功

  • 庫存系統:訂閱下單的消息,采用拉/推的方式,獲取下單信息,庫存系統根據下單信息,進行庫存操作

  • 假如:在下單時庫存系統不能正常使用。也不影響正常下單,因為下單後,訂單系統寫入消息隊列就不再關心其他的後續操作了。實現訂單系統與庫存系統的應用解耦

2.3流量削鋒

流量削鋒也是消息隊列中的常用場景,一般在秒殺或團搶活動中使用廣泛

應用場景:秒殺活動,一般會因為流量過大,導致流量暴增,應用掛掉。為解決這個問題,一般需要在應用前端加入消息隊列。

  • 可以控制活動的人數

  • 可以緩解短時間內高流量壓垮應用

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  • 用戶的請求,服務器接收後,首先寫入消息隊列。假如消息隊列長度超過最大數量,則直接拋棄用戶請求或跳轉到錯誤頁面

  • 秒殺業務根據消息隊列中的請求信息,再做後續處理

2.4日誌處理

日誌處理是指將消息隊列用在日誌處理中,比如Kafka的應用,解決大量日誌傳輸的問題。架構簡化如下

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  • 日誌采集客戶端,負責日誌數據采集,定時寫受寫入Kafka隊列

  • Kafka消息隊列,負責日誌數據的接收,存儲和轉發

  • 日誌處理應用:訂閱並消費kafka隊列中的日誌數據

以下是新浪kafka日誌處理應用案例:轉自(http://cloud.51cto.com/art/201507/484338.htm)

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(1)Kafka:接收用戶日誌的消息隊列

(2)Logstash:做日誌解析,統一成JSON輸出給Elasticsearch

(3)Elasticsearch:實時日誌分析服務的核心技術,一個schemaless,實時的數據存儲服務,通過index組織數據,兼具強大的搜索和統計功能

(4)Kibana:基於Elasticsearch的數據可視化組件,超強的數據可視化能力是眾多公司選擇ELK stack的重要原因

2.5消息通訊

消息通訊是指,消息隊列一般都內置了高效的通信機制,因此也可以用在純的消息通訊。比如實現點對點消息隊列,或者聊天室等

點對點通訊:

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客戶端A和客戶端B使用同一隊列,進行消息通訊。

聊天室通訊:

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客戶端A,客戶端B,客戶端N訂閱同一主題,進行消息發布和接收。實現類似聊天室效果。

以上實際是消息隊列的兩種消息模式,點對點或發布訂閱模式。模型為示意圖,供參考。

三、消息中間件示例

3.1電商系統

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消息隊列采用高可用,可持久化的消息中間件。比如Active MQ,Rabbit MQ,Rocket Mq。

(1)應用將主幹邏輯處理完成後,寫入消息隊列。消息發送是否成功可以開啟消息的確認模式。(消息隊列返回消息接收成功狀態後,應用再返回,這樣保障消息的完整性)

(2)擴展流程(發短信,配送處理)訂閱隊列消息。采用推或拉的方式獲取消息並處理。

(3)消息將應用解耦的同時,帶來了數據一致性問題,可以采用最終一致性方式解決。比如主數據寫入數據庫,擴展應用根據消息隊列,並結合數據庫方式實現基於消息隊列的後續處理。

3.2日誌收集系統

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分為Zookeeper註冊中心,日誌收集客戶端,Kafka集群和Storm集群(OtherApp)四部分組成。

  • Zookeeper註冊中心,提出負載均衡和地址查找服務

  • 日誌收集客戶端,用於采集應用系統的日誌,並將數據推送到kafka隊列

  • Kafka集群:接收,路由,存儲,轉發等消息處理

Storm集群:與OtherApp處於同一級別,采用拉的方式消費隊列中的數據

四、JMS消息服務

講消息隊列就不得不提JMS 。JMS(Java Message Service,Java消息服務)API是一個消息服務的標準/規範,允許應用程序組件基於JavaEE平臺創建、發送、接收和讀取消息。它使分布式通信耦合度更低,消息服務更加可靠以及異步性。

在EJB架構中,有消息bean可以無縫的與JM消息服務集成。在J2EE架構模式中,有消息服務者模式,用於實現消息與應用直接的解耦。

4.1消息模型

在JMS標準中,有兩種消息模型P2P(Point to Point),Publish/Subscribe(Pub/Sub)。

4.1.1 P2P模式

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P2P模式包含三個角色:消息隊列(Queue),發送者(Sender),接收者(Receiver)。每個消息都被發送到一個特定的隊列,接收者從隊列中獲取消息。隊列保留著消息,直到他們被消費或超時。

P2P的特點

  • 每個消息只有一個消費者(Consumer)(即一旦被消費,消息就不再在消息隊列中)

  • 發送者和接收者之間在時間上沒有依賴性,也就是說當發送者發送了消息之後,不管接收者有沒有正在運行,它不會影響到消息被發送到隊列

  • 接收者在成功接收消息之後需向隊列應答成功

如果希望發送的每個消息都會被成功處理的話,那麽需要P2P模式。(架構KKQ:466097527,歡迎加入)

4.1.2 Pub/sub模式

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包含三個角色主題(Topic),發布者(Publisher),訂閱者(Subscriber) 多個發布者將消息發送到Topic,系統將這些消息傳遞給多個訂閱者。

Pub/Sub的特點

  • 每個消息可以有多個消費者

  • 發布者和訂閱者之間有時間上的依賴性。針對某個主題(Topic)的訂閱者,它必須創建一個訂閱者之後,才能消費發布者的消息

  • 為了消費消息,訂閱者必須保持運行的狀態

為了緩和這樣嚴格的時間相關性,JMS允許訂閱者創建一個可持久化的訂閱。這樣,即使訂閱者沒有被激活(運行),它也能接收到發布者的消息。

如果希望發送的消息可以不被做任何處理、或者只被一個消息者處理、或者可以被多個消費者處理的話,那麽可以采用Pub/Sub模型。

4.2消息消費

在JMS中,消息的產生和消費都是異步的。對於消費來說,JMS的消息者可以通過兩種方式來消費消息。

(1)同步

訂閱者或接收者通過receive方法來接收消息,receive方法在接收到消息之前(或超時之前)將一直阻塞;

(2)異步

訂閱者或接收者可以註冊為一個消息監聽器。當消息到達之後,系統自動調用監聽器的onMessage方法。

JNDI:Java命名和目錄接口,是一種標準的Java命名系統接口。可以在網絡上查找和訪問服務。通過指定一個資源名稱,該名稱對應於數據庫或命名服務中的一個記錄,同時返回資源連接建立所必須的信息。

JNDI在JMS中起到查找和訪問發送目標或消息來源的作用。

4.3JMS編程模型

(1) ConnectionFactory

創建Connection對象的工廠,針對兩種不同的jms消息模型,分別有QueueConnectionFactory和TopicConnectionFactory兩種。可以通過JNDI來查找ConnectionFactory對象。

(2) Destination

Destination的意思是消息生產者的消息發送目標或者說消息消費者的消息來源。對於消息生產者來說,它的Destination是某個隊列(Queue)或某個主題(Topic);對於消息消費者來說,它的Destination也是某個隊列或主題(即消息來源)。

所以,Destination實際上就是兩種類型的對象:Queue、Topic可以通過JNDI來查找Destination。

(3) Connection

Connection表示在客戶端和JMS系統之間建立的鏈接(對TCP/IP socket的包裝)。Connection可以產生一個或多個Session。跟ConnectionFactory一樣,Connection也有兩種類型:QueueConnection和TopicConnection。

(4) Session

Session是操作消息的接口。可以通過session創建生產者、消費者、消息等。Session提供了事務的功能。當需要使用session發送/接收多個消息時,可以將這些發送/接收動作放到一個事務中。同樣,也分QueueSession和TopicSession。

(5) 消息的生產者

消息生產者由Session創建,並用於將消息發送到Destination。同樣,消息生產者分兩種類型:QueueSender和TopicPublisher。可以調用消息生產者的方法(send或publish方法)發送消息。

(6) 消息消費者

消息消費者由Session創建,用於接收被發送到Destination的消息。兩種類型:QueueReceiver和TopicSubscriber。可分別通過session的createReceiver(Queue)或createSubscriber(Topic)來創建。當然,也可以session的creatDurableSubscriber方法來創建持久化的訂閱者。

(7) MessageListener

消息監聽器。如果註冊了消息監聽器,一旦消息到達,將自動調用監聽器的onMessage方法。EJB中的MDB(Message-Driven Bean)就是一種MessageListener。

深入學習JMS對掌握JAVA架構,EJB架構有很好的幫助,消息中間件也是大型分布式系統必須的組件。本次分享主要做全局性介紹,具體的深入需要大家學習,實踐,總結,領會。

五、常用消息隊列

一般商用的容器,比如WebLogic,JBoss,都支持JMS標準,開發上很方便。但免費的比如Tomcat,Jetty等則需要使用第三方的消息中間件。本部分內容介紹常用的消息中間件(Active MQ,Rabbit MQ,Zero MQ,Kafka)以及他們的特點。

5.1 ActiveMQ

ActiveMQ 是Apache出品,最流行的,能力強勁的開源消息總線。ActiveMQ 是一個完全支持JMS1.1和J2EE 1.4規範的 JMS Provider實現,盡管JMS規範出臺已經是很久的事情了,但是JMS在當今的J2EE應用中間仍然扮演著特殊的地位。

ActiveMQ特性如下:

⒈ 多種語言和協議編寫客戶端。語言: Java,C,C++,C#,Ruby,Perl,Python,PHP。應用協議: OpenWire,Stomp REST,WS Notification,XMPP,AMQP

⒉ 完全支持JMS1.1和J2EE 1.4規範 (持久化,XA消息,事務)

⒊ 對spring的支持,Activ

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