RabbitMq交换机详解

- 1.交换机类型
- 2.Fanout交换机
- - 2.1.声明队列和交换机
  - 2.2.消息发送
  - 2.3.消息接收
  - 2.4.总结
- 3.Direct交换机
- - 3.1.声明队列和交换机
  - 3.2.消息接收
  - 3.3.消息发送
  - 3.4.总结
- 4.Topic交换机
- - 4.1.说明
  - 4.2.消息发送
  - 4.3.消息接收
  - 4.4.总结
- 5.Headers交换机
- - 5.1.说明
  - 5.2.消息发送
  - 5.3.消息接收
  - 5.4.总结
  - 5.5.交换机路由键（Routing Key）的处理方式
- 6.声明队列和交换机
- - 6.1.基本API
  - 6.2.fanout示例
  - 6.3.direct示例
  - 6.4.基于注解声明
- 7.消息转换器
- - 7.1.测试默认转换器
  - 7.2.配置JSON转换器
  - 7.3.消费者接收Object

1.交换机类型

在之前的两个测试案例中直发消息队列，都没有交换机，生产者直接发送消息到队列。而一旦引入交换机，消息发送的模式会有很大变化：

可以看到，在订阅模型中，多了一个exchange角色，而且过程略有变化：

Publisher：生产者，不再发送消息到队列中，而是发给交换机
Exchange：交换机，一方面，接收生产者发送的消息。另一方面，知道如何处理消息，例如递交给某个特别队列、递交给所有队列、或是将消息丢弃。到底如何操作，取决于Exchange的类型。
Queue：消息队列也与以前一样，接收消息、缓存消息。不过队列一定要与交换机绑定。
Consumer：消费者，与以前一样，订阅队列，没有变化

Exchange（交换机）只负责转发消息，不具备存储消息的能力，因此如果没有任何队列与Exchange绑定，或者没有符合路由规则的队列，那么消息会丢失！

交换机的类型有四种：

Fanout：广播，将消息交给所有绑定到交换机的队列。我们最早在控制台使用的正是Fanout交换机
Direct：订阅，基于RoutingKey（路由key）发送给订阅了消息的队列
Topic：通配符订阅，与Direct类似，只不过RoutingKey可以使用通配符
Headers：头匹配，基于MQ的消息头匹配，用的较少。

2.Fanout交换机

Fanout，英文翻译是扇出，我觉得在MQ中叫广播更合适。
在广播模式下，消息发送流程是这样的：
在这里插入图片描述

1）可以有多个队列
2）每个队列都要绑定到Exchange（交换机）
3）生产者发送的消息，只能发送到交换机
4）交换机把消息发送给绑定过的所有队列
5）订阅队列的消费者都能拿到消息

我们的计划是这样的：
在这里插入图片描述

创建一个名为 shen.fanout的交换机，类型是Fanout
创建两个队列fanout.queue1和fanout.queue2，绑定到交换机shen.fanout

2.1.声明队列和交换机

在控制台创建队列fanout.queue1:
在这里插入图片描述

在创建一个队列fanout.queue2：
在这里插入图片描述

然后再创建一个交换机：
在这里插入图片描述

然后绑定两个队列到交换机：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

2.2.消息发送

在publisher服务的SpringAmqpTest类中添加测试方法：

@Test
void testFanoutQueue() throws InterruptedException {
	String exchangeName = "shen.fanout";
	for (int i = 0; i < 50; i++) {
		String msg = "hello,everyone,message_" + i;
		rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, null,msg);
		Thread.sleep(20);
	}
}

2.3.消息接收

在consumer服务的SpringRabbitListener中添加两个方法，作为消费者：

@RabbitListener(queues = "fanout.queue1")
public void listenFanoutQueue1(String msg) {
    System.out.println("消费者1接收到Fanout消息：【" + msg + "】");
}

@RabbitListener(queues = "fanout.queue2")
public void listenFanoutQueue2(String msg) {
    System.out.println("消费者2接收到Fanout消息：【" + msg + "】");
}

2.4.总结

交换机的作用是什么？

接收publisher发送的消息
将消息按照规则路由到与之绑定的队列
不能缓存消息，路由失败，消息丢失
FanoutExchange的会将消息路由到每个绑定的队列

3.Direct交换机

在Fanout模式中，一条消息，会被所有订阅的队列都消费。但是，在某些场景下，我们希望不同的消息被不同的队列消费。这时就要用到Direct类型的Exchange。
在这里插入图片描述

在Direct模型下：

队列与交换机的绑定，不能是任意绑定了，而是要指定一个RoutingKey（路由key）
消息的发送方在向 Exchange发送消息时，也必须指定消息的 RoutingKey。
Exchange不再把消息交给每一个绑定的队列，而是根据消息的Routing Key进行判断，只有队列的Routingkey与消息的 Routing key完全一致，才会接收到消息

案例需求如图：
在这里插入图片描述

声明一个名为shen.direct的交换机
声明队列direct.queue1，绑定shen.direct，bindingKey为blud和red
声明队列direct.queue2，绑定shen.direct，bindingKey为yellow和red
在consumer服务中，编写两个消费者方法，分别监听direct.queue1和direct.queue2
在publisher中编写测试方法，向shen.direct发送消息

3.1.声明队列和交换机

首先在控制台声明两个队列direct.queue1和direct.queue2，这里不再展示过程：
在这里插入图片描述

然后声明一个direct类型的交换机，命名为shen.direct:
在这里插入图片描述

然后使用red和blue作为key，绑定direct.queue1到shen.direct：
在这里插入图片描述

同理，使用red和yellow作为key，绑定direct.queue2到shen.direct，步骤略，最终结果：
在这里插入图片描述

3.2.消息接收

在consumer服务的SpringRabbitListener中添加方法：

@RabbitListener(queues = "direct.queue1")
public void listenDirectQueue1(String msg) {
    System.out.println("消费者1接收到direct.queue1的消息：【" + msg + "】");
}

@RabbitListener(queues = "direct.queue2")
public void listenDirectQueue2(String msg) {
    System.out.println("消费者2接收到direct.queue2的消息：【" + msg + "】");
}

3.3.消息发送

在publisher服务的SpringAmqpTest类中添加测试方法：

@Test
public void testSendDirectExchange() {
    // 交换机名称
    String exchangeName = "shen.direct";
    // 消息
    String message = "红色警报！日本乱排核废水，导致海洋生物变异，惊现哥斯拉！";
    // 发送消息
    rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "red", message);
}

由于使用的red这个key，所以两个消费者都收到了消息：
在这里插入图片描述

我们再切换为blue这个key：

@Test
public void testSendDirectExchange() {
    // 交换机名称
    String exchangeName = "shen.direct";
    // 消息
    String message = "最新报道，哥斯拉是居民自治巨型气球，虚惊一场！";
    // 发送消息
    rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "blue", message);
}

你会发现，只有消费者1收到了消息：
在这里插入图片描述

3.4.总结

描述下Direct交换机与Fanout交换机的差异？

Fanout交换机将消息路由给每一个与之绑定的队列
Direct交换机根据RoutingKey判断路由给哪个队列
如果多个队列具有相同的RoutingKey，则与Fanout功能类似
可以看出Direct交换机的功能更加强大，想发送给全部队列就给他们一个相同的RoutingKey，根据分类发送就指定一个RoutingKey。

4.Topic交换机

4.1.说明

Topic类型的Exchange与Direct相比，都是可以根据RoutingKey把消息路由到不同的队列。
只不过Topic类型Exchange可以让队列在绑定BindingKey 的时候使用通配符！

BindingKey 一般都是有一个或多个单词组成，多个单词之间以.分割，例如： item.insert

通配符规则：

#：匹配一个或多个词
*：匹配不多不少恰好1个词

举例：

item.#：能够匹配item.spu.insert 或者 item.spu
item.*：只能匹配item.spu

图示：
在这里插入图片描述

假如此时publisher发送的消息使用的RoutingKey共有四种：

china.news 代表有中国的新闻消息；
china.weather 代表中国的天气消息；
japan.news 则代表日本新闻
japan.weather 代表日本的天气消息；

解释：

topic.queue1：绑定的是china.# ，凡是以 china.开头的routing key 都会被匹配到，包括：
- china.news
- china.weather
topic.queue2：绑定的是#.news ，凡是以 .news结尾的 routing key 都会被匹配。包括:
- china.news
- japan.news

接下来，我们就按照上图所示，来演示一下Topic交换机的用法。
首先，在控制台按照图示例子创建队列、交换机，并利用通配符绑定队列和交换机。此处步骤略。最终结果如下：
在这里插入图片描述

4.2.消息发送

在publisher服务的SpringAmqpTest类中添加测试方法：

/**
 * topicExchange
 */
@Test
public void testSendTopicExchange() {
    // 交换机名称
    String exchangeName = "shen.topic";
    // 消息
    String message = "喜报！孙悟空大战哥斯拉，胜!";
    // 发送消息
    rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "china.news", message);
}

4.3.消息接收

在consumer服务的SpringRabbitListener中添加方法：

@RabbitListener(queues = "topic.queue1")
public void listenTopicQueue1(String msg){
    System.out.println("消费者1接收到topic.queue1的消息：【" + msg + "】");
}

@RabbitListener(queues = "topic.queue2")
public void listenTopicQueue2(String msg){
    System.out.println("消费者2接收到topic.queue2的消息：【" + msg + "】");
}

4.4.总结

描述下Direct交换机与Topic交换机的差异？

Topic交换机接收的消息RoutingKey必须是多个单词，以 **.** 分割
Topic交换机与队列绑定时的bindingKey可以指定通配符
#：代表0个或多个词
*：代表1个词

5.Headers交换机

5.1.说明

在RabbitMQ中使用Headers交换器时，你可以根据消息头里的键值对来进行路由，而不是像direct或topic交换器那样依赖路由键。一个Headers交换器允许你定义一个或多个键值对作为绑定条件，只有当消息的头信息满足这些条件时，它才会被路由到相应的队列。
在这里插入图片描述
Headers也支持一个称作“x-match”的特殊属性，这个属性决定了多个头信息之间是“all”匹配还是“any”匹配：

all表示所有的键值对都必须匹配。这是默认值。
any表示消息只要有任何一个头信息符合条件就可以被路由。
这些属性设置在绑定队列到Headers交换机时的参数中。

接下来，我们就按照上图所示，来演示一下Headers交换机的用法。
首先，在控制台按照图示例子创建队列、交换机，并定义键值绑定队列和交换机。此处步骤略。最终结果如下：
在这里插入图片描述

5.2.消息发送

@Test
public void sendAnimalMessage() {
    String msg = "最新报道，哥斯拉是居民自治巨型气球，虚惊一场！" ;
    Map<String, Object> headers = new HashMap<>();
    headers.put("category", "animal");
    headers.put("type", "rabbit");
    rabbitTemplate.convertAndSend("shen.headers", "", msg, m -> {
        headers.forEach((key, value) -> m.getMessageProperties().setHeader(key, value));
        return m;
    });
}

5.3.消息接收

import org.springframework.amqp.rabbit.annotation.RabbitListener;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class HeaderMessageReceiver {

    @RabbitListener(queues = "headers.queue")
    public void receiveMessage(String message) {
        System.out.println("Received with Headers Exchange: " + message);
    }
}

5.4.总结

RabbitMQ的Headers交换机和Direct和Topic交换机稍有不同。他们的路由行为是基于消息头部（header）中的键值对进行匹配的，这意味着消息是根据它提供的header信息路由到不同的队列中的。
headers的交换机关注消息header中的内容来决定消息该被送往哪个或哪些队列。这种类型的交换机提供了最为灵活的路由方式，允许你通过多个属性来定义路由规则。
当你绑定一个队列到Headers交换机时，你可以指定一个或多个header作为匹配规则。与Direct交换机的路由键相比，Headers交换机使用的是一组键值对。
Headers交换机行为
匹配：如果设置的x-match属性为all，那么只有当消息的header与绑定时指定的所有键值对都相匹配时，消息才会被路由到对应的队列。如果设置为any，那么只需消息header中的任一键值对与绑定时指定的某一个键值对匹配，消息就会被路由到对应的队列。
忽略路由键：与Direct或Topic交换机不同，发送到Headers交换机的消息在使用basic.publish方法时通常设置路由键为一个空字符串，因为Headers交换机并不使用这个字段来决定消息的路由。

Headers交换机是RabbitMQ中较为高级且灵活的特性，它为路由提供了额外的维度，但这也意味着使用和理解上会更复杂一些。在实际应用中，如果消息的路由决策需要根据多个属性来做更复杂的判断，那么Headers交换机可能会是个不错的选择。

5.5.交换机路由键（Routing Key）的处理方式

在RabbitMQ中，交换器（Exchange）的类型决定了消息如何路由到队列中。所有交换器在发送消息时都可以接收一个路由键（Routing Key）参数，但是不同类型的交换器对路由键的处理方式各不相同。fanout、direct、topic 和 headers 是几种常见的交换器类型，它们对路由键的处理逻辑有所区别：

Fanout Exchange:
- Routing Key：在 fanout 交换器上，路由键会被忽略。不管发布到交换器上的消息的路由键是什么，消息都会被发送到所有绑定到该交换器的队列。
- 用途：当您想要将消息广播到所有队列时使用。
Direct Exchange:
- Routing Key：在 direct 交换器上，一个消息会被路由到与消息的路由键完全匹配的队列。
- 用途：当你想要定点发送消息到指定的队列时使用。
Topic Exchange:
- Routing Key：topic 交换器允许使用通配符进行模糊匹配。路由键可以有多个词（words），用点（.）隔开。通配符可以是星号（*）匹配一个词或者井号（#）匹配零个或多个词。
- 用途：适用于发送到多个队列，但队列订阅不是完全相同的情况，实现了模式匹配。
Headers Exchange:
- Routing Key：headers 交换器不依赖于路由键的匹配规则。它使用头信息中的键值对进行匹配。
- 用途：当你想根据消息内容的多个属性来路由消息时使用。

即使 fanout 交换器能让你设定路由键，但它并不会使用这个值来决定消息的路由。在 fanout 交换机的情况下，设置路由键不会产生任何影响。

direct 和 topic 交换器会根据路由键来决定目标队列，而 headers 交换器则完全忽略路由键，转而使用消息头的键值对来进行路由决定。

要体会它们的区别，最好是实际去设置不同的交换器，并发布带有不同路由键或头信息的消息，然后观察消息如何被路由到不同的队列。这样通过实践，你将更容易理解每种类型的交换器和路由行为的差异。

6.声明队列和交换机

在之前我们都是基于RabbitMQ控制台来创建队列、交换机。但是在实际开发时，队列和交换机是程序员定义的，将来项目上线，又要交给运维去创建。那么程序员就需要把程序中运行的所有队列和交换机都写下来，交给运维。在这个过程中是很容易出现错误的。
因此推荐的做法是由程序启动时检查队列和交换机是否存在，如果不存在自动创建。

6.1.基本API

SpringAMQP提供了几个类，用来声明队列、交换机及其绑定关系:

Queue: 用于声明队列，可以用工厂类QueueBuilder构建。
Exchange:用于声明交换机，可以用工厂类ExchangeBuilder构建。
Binding:用于声明队列和交换机的绑定关系，可以用工厂类BindingBuilder构建。

SpringAMQP提供了一个Queue类，用来创建队列：
在这里插入图片描述

SpringAMQP还提供了一个Exchange接口，来表示所有不同类型的交换机：
在这里插入图片描述

我们可以自己创建队列和交换机，不过SpringAMQP还提供了ExchangeBuilder来简化这个过程：
在这里插入图片描述

而在绑定队列和交换机时，则需要使用BindingBuilder来创建Binding对象：
在这里插入图片描述

6.2.fanout示例

注意，发送方只关心发送就行了，一般都是消费者关心是什么样子的，所以在消费方声明。

在consumer中创建一个类，声明队列和交换机：

package com.example.consumer.config;

import org.springframework.amqp.core.Binding;
import org.springframework.amqp.core.BindingBuilder;
import org.springframework.amqp.core.FanoutExchange;
import org.springframework.amqp.core.Queue;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Qualifier;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class FanoutConfiguration {
    /**
     * 声明交换机
     *
     * @return Fanout类型交换机
     */
    @Bean
    public FanoutExchange fanoutExchange() {
        //ExchangeBuilder.fanoutExchange("").build();
        return new FanoutExchange("shen.fanout");
    }

    /**
     * 第1个队列
     */
    @Bean(name = "queue1")
    public Queue fanoutQueue1() {
        //QueueBuilder.durable("").build();//持久的，带向磁盘。
        return new Queue("fanout.queue1");//默认持久
    }

    /**
     * 绑定队列和交换机
     */
    @Bean
    public Binding fanoutBuiding1(@Qualifier(value = "queue1") Queue fanoutQueue1, FanoutExchange fanoutExchange) {
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue1).to(fanoutExchange);
    }

    /**
     * 第2个队列
     */
    @Bean
    public Queue fanoutQueue2() {
        //QueueBuilder.durable("").build();//持久的，带向磁盘。
        return new Queue("fanout.queue2");//默认持久
    }

    /**
     * 绑定队列和交换机
     */
    @Bean
    public Binding fanoutBuiding2() {
    /*
    在spring中所有加了 Bean 的方法都会被动态代理，所以此处并不是真正的调用了这个方法 fanoutQueue4()，
    而是检查 spring容器 中有没有代理这个 fanoutQueue4()方法，代理了，直接返回这个 bean 对象，
    而不是真正的去执行。
    */
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue2()).to(fanoutExchange());
    }

}

6.3.direct示例

direct模式由于要绑定多个KEY，会非常麻烦，每一个Key都要编写一个binding：

package com.example.consumer.config;

import org.springframework.amqp.core.*;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class DirectConfiguration {
    /**
     * 声明交换机
     *
     * @return Direct类型交换机
     */
    @Bean
    public DirectExchange directExchange() {
        return ExchangeBuilder.directExchange("shen.direct").build();
    }

    /**
     * 第1个队列
     */
    @Bean
    public Queue directQueue1() {
        return new Queue("direct.queue1");
    }

    /**
     * 绑定队列和交换机
     */
    @Bean
    public Binding bindingQueue1WithRed(Queue directQueue1, DirectExchange directExchange) {
        return BindingBuilder.bind(directQueue1).to(directExchange).with("red");
    }

    /**
     * 绑定队列和交换机
     */
    @Bean
    public Binding bindingQueue1WithBlue(Queue directQueue1, DirectExchange directExchange) {
        return BindingBuilder.bind(directQueue1).to(directExchange).with("blue");
    }

    /**
     * 第2个队列
     */
    @Bean
    public Queue directQueue2() {
        return new Queue("direct.queue2");
    }

    /**
     * 绑定队列和交换机
     */
    @Bean
    public Binding bindingQueue2WithRed() {
        return BindingBuilder.bind(directQueue2()).to(directExchange()).with("red");
    }

    /**
     * 绑定队列和交换机
     */
    @Bean
    public Binding bindingQueue2WithYellow(Queue directQueue2, DirectExchange directExchange) {
        return BindingBuilder.bind(directQueue2).to(directExchange).with("yellow");
    }

}

6.4.基于注解声明

基于@Bean的方式声明队列和交换机比较麻烦，Spring还提供了基于注解方式来声明。

例如，我们同样声明Direct模式的交换机和队列：

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "direct.queue1"),
    exchange = @Exchange(name = "shen.direct", type = ExchangeTypes.DIRECT),
    key = {"red", "blue"}
))
public void listenDirectQueue1(String msg){
    System.out.println("消费者1接收到direct.queue1的消息：【" + msg + "】");
}

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "direct.queue2"),
    exchange = @Exchange(name = "shen.direct", type = ExchangeTypes.DIRECT),
    key = {"red", "yellow"}
))
public void listenDirectQueue2(String msg){
    System.out.println("消费者2接收到direct.queue2的消息：【" + msg + "】");
}

是不是简单多了。
再试试Topic模式：

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "topic.queue1"),
    exchange = @Exchange(name = "shen.topic", type = ExchangeTypes.TOPIC),
    key = "china.#"
))
public void listenTopicQueue1(String msg){
    System.out.println("消费者1接收到topic.queue1的消息：【" + msg + "】");
}

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "topic.queue2"),
    exchange = @Exchange(name = "shen.topic", type = ExchangeTypes.TOPIC),
    key = "#.news"
))
public void listenTopicQueue2(String msg){
    System.out.println("消费者2接收到topic.queue2的消息：【" + msg + "】");
}

7.消息转换器

Spring的消息发送代码接收的消息体是一个Object：
在这里插入图片描述

而在数据传输时，它会把你发送的消息序列化为字节发送给MQ，接收消息的时候，还会把字节反序列化为Java对象。
只不过，默认情况下Spring采用的序列化方式是JDK序列化。众所周知，JDK序列化存在下列问题：

数据体积过大
有安全漏洞
可读性差

我们来测试一下。

7.1.测试默认转换器

1）创建测试队列
首先，我们在consumer服务中声明一个新的配置类：
在这里插入图片描述

利用@Bean的方式创建一个队列，具体代码：

package com.example.consumer.config;

import org.springframework.amqp.core.Queue;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class MessageConfig {

    @Bean
    public Queue objectQueue() {
        return new Queue("object.queue");
    }
}

注意，这里我们先不要给这个队列添加消费者，我们要查看消息体的格式。

重启consumer服务以后，该队列就会被自动创建出来了：
在这里插入图片描述

2）发送消息
我们在publisher模块的SpringAmqpTest中新增一个消息发送的代码，发送一个Map对象：

@Test
public void testSendMap() throws InterruptedException {
    // 准备消息
    Map<String,Object> msg = new HashMap<>();
    msg.put("name", "jack");
    msg.put("age", 21);
    // 发送消息
    rabbitTemplate.convertAndSend("object.queue", msg);
}

发送消息后查看控制台：
在这里插入图片描述

可以看到消息格式非常不友好。

7.2.配置JSON转换器

显然，JDK序列化方式并不合适。我们希望消息体的体积更小、可读性更高，因此可以使用JSON方式来做序列化和反序列化。

在publisher和consumer两个服务中都引入依赖：

<dependency>
    <groupId>com.fasterxml.jackson.dataformat</groupId>
    <artifactId>jackson-dataformat-xml</artifactId>
    <version>2.9.10</version>
</dependency>

注意，如果项目中引入了spring-boot-starter-web依赖，则无需再次引入Jackson依赖。

配置消息转换器，在publisher和consumer两个服务的启动类中添加一个Bean即可：

@Bean
public MessageConverter messageConverter(){
    // 1.定义消息转换器
    Jackson2JsonMessageConverter jackson2JsonMessageConverter = new Jackson2JsonMessageConverter();
    // 2.配置自动创建消息id，用于识别不同消息，也可以在业务中基于ID判断是否是重复消息
    jackson2JsonMessageConverter.setCreateMessageIds(true);
    return jackson2JsonMessageConverter;
}

消息转换器中添加的messageId可以便于我们将来做幂等性判断。

此时，我们到MQ控制台删除object.queue中的旧的消息。然后再次执行刚才的消息发送的代码，到MQ的控制台查看消息结构：
在这里插入图片描述
可以看到，消息大小小了很多，只要24bytes了。

7.3.消费者接收Object

我们在consumer服务中定义一个新的消费者，publisher是用Map发送，那么消费者也一定要用Map接收，格式如下：

@RabbitListener(queues = "object.queue")
public void listenSimpleQueueMessage(Map<String, Object> msg) throws InterruptedException {
    System.out.println("消费者接收到object.queue消息：【" + msg + "】");
}