MQ的初步了解

什么是MQ？

为什么要用MQ（MQ的优点）？

MQ的缺点

常用的MQ产品

MQ使用中的常见问题

什么是MQ？

　　【1】MQ：MessageQueue，消息队列。队列，是一种FIFO 先进先出的数据结构。消息由生产者发送到MQ进行排队，然后按原来的顺序交由消息的消费者进行处理。QQ和微信就是典型的MQ。

消息队列（MQ）是一种用于在不同组件或系统之间传递消息的通信方式。它是一种在分布式系统中广泛使用的技术，用于解耦生产者和消费者，以实现异步通信，提高系统的可伸缩性和可靠性。

MQ的主要特点和优势包括：

解耦和异步通信：生产者和消费者之间通过MQ进行通信，不需要直接互相调用，从而解耦了系统组件，使系统更加灵活和可维护。同时，MQ支持异步通信，消费者可以在需要的时候处理消息，而不需要等待生产者的响应。

消息持久化：MQ通常支持消息的持久化，即使在生产者发送消息后，即使消费者当前不可用，消息也不会丢失。

负载均衡：MQ可以轻松实现多个消费者之间的负载均衡。多个消费者可以订阅相同的消息队列，并同时处理消息，以提高处理能力。

消息广播：MQ通常支持一对多的消息传递，使得消息可以广播给多个消费者。

消息过滤：MQ允许消费者根据消息的内容或属性来进行过滤，只选择他们关心的消息。

确保消息可靠性：MQ通常具有消息确认机制，确保消息能够可靠地传递到消费者。

缓冲：MQ可以充当缓冲，帮助平衡生产者和消费者之间的速度差异，防止消息丢失。

常见的消息队列系统包括RabbitMQ、Apache Kafka、ActiveMQ、Amazon SQS等。它们在不同场景下具有不同的特点和适用性，可以根据具体需求选择合适的MQ系统来构建分布式应用。

为什么要用MQ（MQ的优点）？

　　MQ的作用主要有以下三个方面：

　　【1】异步

　　　　例子：快递员发快递，直接到客户家效率会很低。引入菜鸟驿站后，快递员只需要把快递放到菜鸟驿站，就可以继续发其他快递去了。客户再按自己的时间安排去菜鸟驿站取快递。

　　　　作用：异步能提高系统的响应速度、吞吐量。

　　【2】解耦

　　　　例子：《Thinking in JAVA》很经典，但是都是英文，我们看不懂，所以需要编辑社，将文章翻译成其他语言，这样就可以完成英语与其他语言的交流。

　　　　作用：

　　　　　　1、服务之间进行解耦，才可以减少服务之间的影响。提高系统整体的稳定性以及可扩展性。

　　　　　　2、另外，解耦后可以实现数据分发。生产者发送一个消息后，可以由一个或者多个消费者进行消费，并且消费者的增加或者减少对生产者没有影响。

　　【3】削峰

　　　　例子：长江每年都会涨水，但是下游出水口的速度是基本稳定的，所以会涨水。引入三峡大坝后，可以把水储存起来，下游慢慢排水。

　　　　作用：以稳定的系统资源应对突发的流量冲击。

MQ的缺点

　　【1】系统可用性降低

　　　　系统引入的外部依赖增多，系统的稳定性就会变差。一旦MQ宕机，对业务会产生影响。这就需要考虑如何保证MQ的高可用。

　　【2】系统复杂度提高

　　　　引入MQ后系统的复杂度会大大提高。以前服务之间可以进行同步的服务调用，引入MQ后，会变为异步调用，数据的链路就会变得更复杂。并且还会带来其他一些问题。比如：如何保证消费不会丢失？不会被重复调用？怎么保证消息的顺序性等问题。

　　【3】消息一致性问题

　　　　A系统处理完业务，通过MQ发送消息给B、C系统进行后续的业务处理。如果B系统处理成功，C系统处理失败怎么办？这就需要考虑如何保证消息数据处理的一致性。

尽管消息队列（MQ）是一种强大的工具，可以提供许多优势，但它也存在一些潜在的缺点和挑战，包括：

复杂性：配置和管理消息队列系统可能会相当复杂，尤其是在大规模和高可用性环境下。这可能需要专业知识来确保系统的正确配置和运行。

维护成本：维护和监控消息队列系统需要额外的资源和时间。需要考虑到消息队列服务器的升级、备份、监控和故障处理等问题。

一致性问题：在分布式系统中，确保消息的一致性可能会变得复杂。例如，在消息发布后，如果在消息处理之前发生故障，可能会导致消息的丢失或重复处理。

消息堆积：如果消息队列系统的消费者速度不足以处理消息的生产速度，消息可能会在队列中堆积，导致延迟和系统性能问题。

消息顺序问题：某些消息队列系统可能无法保证消息的严格顺序。虽然大多数MQ系统可以提供有序消息，但在某些情况下可能需要额外的努力来确保消息的顺序性。

部署和维护成本：引入MQ系统需要额外的硬件和网络资源，以及相应的运维工作。这可能会增加部署和维护的成本。

学习曲线：对于新手来说，学习如何使用特定的MQ系统可能需要一定的时间和培训，尤其是对于复杂的系统和配置。

安全性：消息队列中的消息可能包含敏感信息，因此需要特别关注安全性。必须采取措施来加密和保护消息，以防止未经授权的访问。

常用的MQ产品

　　【1】Kafka、RabbitMQ和RocketMQ。我们对这三个产品做下简单的比较，重点需要理解他们的适用场景。

　　【2】图示：

　　【3】分别分析三种消息中间件

　　　　1.RabbitMQ：消息可靠性很高，功能非常全面，很多高级功能都是从这里衍生出来的，如死信队列，延迟队列。缺点在于吞吐量很低，消息积累会影响消费的性能，而且erlang的语言使用的比较少，定制比较难。适用于公司内部系统的请求扭转的流程。

　　　　2.Kafka：行业的老大哥，基本上是大数据场景必用的组件之一，吞吐量不可挑战，集群性能很好。之前是依赖zookeeper搭建集群，但是新版本会逐渐抛弃zookeeper。但是会存在丢消失的可能，而且功能单一，很多高级功能都没有，如死信队列。最早就是用来做日志分析的。

　　　　3.RocketMQ：最开始是借鉴Kafka，后面逐步优化。吞吐量基本和Kafka是一个量级的，功能也很全面，如RabbitMQ有的都有，还有其他没有的事务功能。缺点是开源版不如云上商业版。如延迟队列，开源会有固定的限制。

MQ使用中的常见问题

　　【1】如何保证消息不丢失？

　　　　1）分析哪些环节会有丢消息的可能

　　　　　　（1）图示

　　　　　　（2）分析

　　　　　　　　1.其中，1，2，4三个场景都是跨网络的，而跨网络就肯定会有丢消息的可能。

　　　　　　　　2.而3这个环节，通常MQ存盘时都会先写入操作系统的缓存page cache中，然后再由操作系统异步的将消息写入硬盘。这个中间有个时间差，就可能会造成消息丢失。如果服务挂了，缓存中还没有来得及写入硬盘的消息就会丢失。这也是任何用户态的应用程序无法避免的。

　　　　2）分析怎么处理的

　　　　　　1.为保证消息不丢失，发送端的ACK应答必须是多个节点写入的应答兼采用多次重试的方式（预防网络抖动），其次消息中间件内部持久化，消费端是消费后手动应答。

　　　　　　2.在发送端还应该：区分业务的关键性，如果消息不影响主体业务（如，消息通知要做的事情可以延迟很久，但因某些缘故，消息发不出去），这时候采用将消息落盘，然后调用定时任务的形式，延时检查发送。

　　　　　　3.在消费端还应该：对消费失败的消息进行次数检测，如果多次失败（有可能参数异常，有可能流程出了问题），应该落盘（避免消息堆积），告知程序员处理。

　　【2】如何保证消息幂等性？

　　　　1）分析哪些环节会造成消息重复消费

　　　　　　1.MQ的自动重试功能：如网络抖动时，生产者发送得不到MQ的回应尝试多次发送；消费者做完任务，返回给MQ的应答丢失，导致MQ发给了另一个消费者去消费消息。

　　　　　　2.代码BUG导致消息多次发送。

　　　　2）分析怎么处理的

　　　　　　1.首先在MQ上我们是不能保证消息的幂等性的，所以我们只能在业务中处理。

　　　　　　2.处理幂等问题的关键是要给每个消息一个唯一的标识（但这个不能是MQ给我们的消息ID，因为它依旧解决不了生产者发送多次的问题）

　　　　　　3.需要我们自行构建分布式唯一ID（如雪花算法），能够添加一个具有业务意义的数据作为唯一键会更好，这样能更好的防止重复消费问题对业务的影响。比如，针对订单消息，那就用订单ID来做唯一键。

　　　　　　4.如订单ID来做唯一键，就算真的出现了很不幸的两个消费者同时消费两条重复的数据，那么在进行MYSQL写入的时候，事务处理与唯一键索引，将是兜底保证业务执行幂等性的关键。

　　　　　　5.当然，采用redis的Setnx（要设置超时时间）作为CAS锁保证只有一个线程执行业务也是可以的，成功后还可以设置标记值来标记该业务已经做完，等下次重复的消息过来时候，进行redis检验的时候就会自动丢弃这些重复的消息。【这里面需要衡量的是业务的处理速度，与占用redis的内存空间，虽然有过期时间，但是在这段时间内这些数据依旧会占用空间，如果处理速度很快，则占用的空间越多】

　　【3】如何保证消息的顺序？

　　　　1）原因：某些场景下，需要保证消息的消费顺序，例如一个下单过程，需要先完成扣款，然后扣减库存，然后通知快递发货，这个顺序不能乱。如果每个步骤都通过消息进行异步通知的话，这一组消息就必须保证他们的消费顺序是一致的

　　　　2）分析该怎么处理（基于MQ无法保证，那么更多是在业务层面实现）

　　　　　　方案一：为保证消息的有序性，采用用同步发送的模式去发消息，然后消息发往同一个队列里面，然后采用一个消费者去进行消费。

　　　　　　方案二：为保证高性能，采用用异步发送的模式去发消息，然后消息发往同一个队列里面，然后采用一个消费者去进行消费。消费者端接收后，因为可能消息群是乱序的（异步发送模式），所以构建内存队列（优先级队列），将消息排序消费（每个内存队列只允许一个线程消费，可拓展为多个内存队列多个线程）

　　　　　　针对这种，容易出现消息堆积的情况，可扩展为多个队列，每个队列都有唯一的一个消费者。在发送端建立消息组ID，根据组ID进行hash决定这一组消息分配至哪个队列里面。但是又容易出现数据倾斜的问题，则可以考虑构建hash环与增加虚拟节点的想法，将数据更加均匀的分布。

　　【4】数据堆积如何处理？

　　　　1）线上有时因为发送方发送消息速度过快，或者消费方处理消息过慢，可能会导致MQ积压大量未消费消息。此种情况如果积压了上百万未消费消息需要紧急处理，可以修改消费端程序，让其将收到的消息快速转发到其他队列，然后再启动多个消费者同时消费。

　　　　2）由于消息数据格式变动或消费者程序有bug，导致消费者一直消费不成功，也可能导致MQ积压大量未消费消息。此种情况可以将这些消费不成功的消息转发到其它队列里去(类似死信队列)，后面再慢慢分析死信队列里的消息处理问题。

例子：

Java的RabbitMQ库为例来演示如何发布和消费消息

import com.rabbitmq.client.*;

public class MessageQueueExample {

    private final static String QUEUE_NAME = "hello";

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建连接工厂
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
        factory.setHost("localhost"); // RabbitMQ服务器的主机名

        // 创建连接
        Connection connection = factory.newConnection();

        // 创建通道
        Channel channel = connection.createChannel();

        // 声明队列
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, false, false, false, null);

        // 发布消息
        String message = "Hello, RabbitMQ!";
        channel.basicPublish("", QUEUE_NAME, null, message.getBytes());
        System.out.println(" [x] Sent '" + message + "'");

        // 创建消息消费者
        DeliverCallback deliverCallback = (consumerTag, delivery) -> {
            String receivedMessage = new String(delivery.getBody(), "UTF-8");
            System.out.println(" [x] Received '" + receivedMessage + "'");
        };

        // 消费消息
        channel.basicConsume(QUEUE_NAME, true, deliverCallback, consumerTag -> { });
    }
}

Spring Boot和Apache Kafka来发布和消费消息

生产者示例：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.kafka.core.KafkaTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class KafkaProducer {

    private static final String TOPIC = "my-topic";

    @Autowired
    private KafkaTemplate<String, String> kafkaTemplate;

    public void sendMessage(String message) {
        kafkaTemplate.send(TOPIC, message);
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个名为KafkaProducer的Spring组件，它使用KafkaTemplate来发送消息到名为"my-topic"的Kafka主题。

消费者示例：

import org.springframework.kafka.annotation.KafkaListener;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class KafkaConsumer {

    @KafkaListener(topics = "my-topic", groupId = "my-group")
    public void consumeMessage(String message) {
        System.out.println("Received message: " + message);
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个名为KafkaConsumer的Spring组件，它使用@KafkaListener注解来监听名为"my-topic"的Kafka主题，并在消息到达时执行consumeMessage方法。