RabbitMQ --- 惰性队列、MQ集群

news2024/10/7 14:33:52

一、惰性队列

1.1、消息堆积问题

当生产者发送消息的速度超过了消费者处理消息的速度，就会导致队列中的消息堆积，直到队列存储消息达到上限。之后发送的消息就会成为死信，可能会被丢弃，这就是消息堆积问题。

解决消息堆积有三种思路：

  • 增加更多消费者，提高消费速度。也就是我们之前说的work queue模式

  • 在消费者内开启线程池加快消息处理速度

  • 扩大队列容积，提高堆积上限

要提升队列容积，把消息保存在内存中显然是不行的。

 

1.2、惰性队列

从RabbitMQ的3.6.0版本开始，就增加了Lazy Queues的概念，也就是惰性队列。惰性队列的特征如下：

  • 接收到消息后直接存入磁盘而非内存

  • 消费者要消费消息时才会从磁盘中读取并加载到内存

  • 支持数百万条的消息存储

 

1.2.1、基于命令行设置lazy-queue

而要设置一个队列为惰性队列，只需要在声明队列时，指定x-queue-mode属性为lazy即可。可以通过命令行将一个运行中的队列修改为惰性队列：

rabbitmqctl set_policy Lazy "^lazy-queue$" '{"queue-mode":"lazy"}' --apply-to queues  

命令解读：

  • rabbitmqctl ：RabbitMQ的命令行工具

  • set_policy ：添加一个策略

  • Lazy ：策略名称，可以自定义

  • "^lazy-queue$" ：用正则表达式匹配队列的名字

  • '{"queue-mode":"lazy"}' ：设置队列模式为lazy模式

  • --apply-to queues：策略的作用对象，是所有的队列

 

1.2.2、基于@Bean声明lazy-queue

 

1.2.3、基于@RabbitListener声明LazyQueue

  

1.3、总结

消息堆积问题的解决方案？

  • 队列上绑定多个消费者，提高消费速度

  • 使用惰性队列，可以再mq中保存更多消息

惰性队列的优点有哪些？

  • 基于磁盘存储，消息上限高

  • 没有间歇性的page-out，性能比较稳定

惰性队列的缺点有哪些？

  • 基于磁盘存储，消息时效性会降低

  • 性能受限于磁盘的IO

 

 

二、MQ集群

2.1、集群分类

RabbitMQ的是基于Erlang语言编写，而Erlang又是一个面向并发的语言，天然支持集群模式。RabbitMQ的集群有两种模式：

  • 普通集群：是一种分布式集群，将队列分散到集群的各个节点，从而提高整个集群的并发能力。
  • 镜像集群：是一种主从集群，普通集群的基础上，添加了主从备份功能，提高集群的数据可用性。

镜像集群虽然支持主从，但主从同步并不是强一致的，某些情况下可能有数据丢失的风险。因此在RabbitMQ的3.8版本以后，推出了新的功能：仲裁队列来代替镜像集群，底层采用Raft协议确保主从的数据一致性。

 

2.2、普通集群

2.2.1、集群结构和特征

普通集群，或者叫标准集群（classic cluster），具备下列特征：

  • 会在集群的各个节点间共享部分数据，包括：交换机、队列元信息。不包含队列中的消息。

  • 当访问集群某节点时，如果队列不在该节点，会从数据所在节点传递到当前节点并返回

  • 队列所在节点宕机，队列中的消息就会丢失

结构如图：

  

2.2.2、部署

集群分类

在RabbitMQ的官方文档中，讲述了两种集群的配置方式：

  • 普通模式：普通模式集群不进行数据同步，每个MQ都有自己的队列、数据信息（其它元数据信息如交换机等会同步）。例如我们有2个MQ：mq1，和mq2，如果你的消息在mq1，而你连接到了mq2，那么mq2会去mq1拉取消息，然后返回给你。如果mq1宕机，消息就会丢失。

  • 镜像模式：与普通模式不同，队列会在各个mq的镜像节点之间同步，因此你连接到任何一个镜像节点，均可获取到消息。而且如果一个节点宕机，并不会导致数据丢失。不过，这种方式增加了数据同步的带宽消耗。

 

我们先来看普通模式集群，我们的计划部署3节点的mq集群：

主机名控制台端口amqp通信端口
mq18081 ---> 156728071 ---> 5672
mq28082 ---> 156728072 ---> 5672
mq38083 ---> 156728073 ---> 5672

集群中的节点标示默认都是：rabbit@[hostname]，因此以上三个节点的名称分别为：

  • rabbit@mq1

  • rabbit@mq2

  • rabbit@mq3

获取cookie

RabbitMQ底层依赖于Erlang，而Erlang虚拟机就是一个面向分布式的语言，默认就支持集群模式。集群模式中的每个RabbitMQ 节点使用 cookie 来确定它们是否被允许相互通信。

要使两个节点能够通信，它们必须具有相同的共享秘密，称为Erlang cookie。cookie 只是一串最多 255 个字符的字母数字字符。

每个集群节点必须具有相同的 cookie。实例之间也需要它来相互通信。

我们先在之前启动的mq容器中获取一个cookie值，作为集群的cookie。执行下面的命令：

docker exec -it mq cat /var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie

可以看到cookie值如下：

FXZMCVGLBIXZCDEMMVZA

接下来，停止并删除当前的mq容器，我们重新搭建集群。

docker rm -f mq

准备集群配置

在/tmp目录新建一个配置文件 rabbitmq.conf：

cd /tmp
# 创建文件
touch rabbitmq.conf

文件内容如下：

loopback_users.guest = false
listeners.tcp.default = 5672
cluster_formation.peer_discovery_backend = rabbit_peer_discovery_classic_config
cluster_formation.classic_config.nodes.1 = rabbit@mq1
cluster_formation.classic_config.nodes.2 = rabbit@mq2
cluster_formation.classic_config.nodes.3 = rabbit@mq3

再创建一个文件，记录cookie

cd /tmp
# 创建cookie文件
touch .erlang.cookie
# 写入cookie
echo "FXZMCVGLBIXZCDEMMVZQ" > .erlang.cookie
# 修改cookie文件的权限
chmod 600 .erlang.cookie

准备三个目录,mq1、mq2、mq3：

cd /tmp
# 创建目录
mkdir mq1 mq2 mq3

然后拷贝rabbitmq.conf、cookie文件到mq1、mq2、mq3：

# 进入/tmp
cd /tmp
# 拷贝
cp rabbitmq.conf mq1
cp rabbitmq.conf mq2
cp rabbitmq.conf mq3
cp .erlang.cookie mq1
cp .erlang.cookie mq2
cp .erlang.cookie mq3

启动集群

创建一个网络：

docker network create mq-net
 
docker volume create

运行命令

docker run -d --net mq-net \
-v ${PWD}/mq1/rabbitmq.conf:/etc/rabbitmq/rabbitmq.conf \
-v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \
-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=mq \
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \
--name mq1 \
--hostname mq1 \
-p 8071:5672 \
-p 8081:15672 \
rabbitmq:3.8-management

docker run -d --net mq-net \
-v ${PWD}/mq2/rabbitmq.conf:/etc/rabbitmq/rabbitmq.conf \
-v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \
-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=mq \
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \
--name mq2 \
--hostname mq2 \
-p 8072:5672 \
-p 8082:15672 \
rabbitmq:3.8-management

docker run -d --net mq-net \
-v ${PWD}/mq3/rabbitmq.conf:/etc/rabbitmq/rabbitmq.conf \
-v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \
-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=mq \
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \
--name mq3 \
--hostname mq3 \
-p 8073:5672 \
-p 8083:15672 \
rabbitmq:3.8-management

测试

在mq1这个节点上添加一个队列：

如图，在mq2和mq3两个控制台也都能看到：

数据共享测试

点击这个队列，进入管理页面：

然后利用控制台发送一条消息到这个队列：

 

在mq2、mq3上都能看到这条消息：

可用性测试

我们让其中一台节点mq1宕机：

docker stop mq1

 说明数据并没有拷贝到mq2和mq3。

 

2.3、镜像集群

2.3.1、集群结构和特征

镜像集群：本质是主从模式，具备下面的特征：

  • 交换机、队列、队列中的消息会在各个mq的镜像节点之间同步备份。

  • 创建队列的节点被称为该队列的主节点，备份到的其它节点叫做该队列的镜像节点。

  • 一个队列的主节点可能是另一个队列的镜像节点

  • 所有操作都是主节点完成，然后同步给镜像节点

  • 主宕机后，镜像节点会替代成新的主

结构如图：

 

2.3.2、部署

在刚刚的案例中，一旦创建队列的主机宕机，队列就会不可用。不具备高可用能力。如果要解决这个问题，必须使用官方提供的镜像集群方案。

官方文档地址：Classic Queue Mirroring — RabbitMQ

 

镜像模式的特征

默认情况下，队列只保存在创建该队列的节点上。而镜像模式下，创建队列的节点被称为该队列的主节点，队列还会拷贝到集群中的其它节点，也叫做该队列的镜像节点。

但是，不同队列可以在集群中的任意节点上创建，因此不同队列的主节点可以不同。甚至，一个队列的主节点可能是另一个队列的镜像节点。

用户发送给队列的一切请求，例如发送消息、消息回执默认都会在主节点完成，如果是从节点接收到请求，也会路由到主节点去完成。镜像节点仅仅起到备份数据作用。

当主节点接收到消费者的ACK时，所有镜像都会删除节点中的数据。

总结如下：

  • 镜像队列结构是一主多从（从就是镜像）

  • 所有操作都是主节点完成，然后同步给镜像节点

  • 主宕机后，镜像节点会替代成新的主（如果在主从同步完成前，主就已经宕机，可能出现数据丢失）

  • 不具备负载均衡功能，因为所有操作都会有主节点完成（但是不同队列，其主节点可以不同，可以利用这个提高吞吐量）

镜像模式的配置

镜像模式的配置有3种模式：

ha-modeha-params效果
准确模式exactly队列的副本量count集群中队列副本（主服务器和镜像服务器之和）的数量。count如果为1意味着单个副本：即队列主节点。count值为2表示2个副本：1个队列主和1个队列镜像。换句话说：count = 镜像数量 + 1。如果群集中的节点数少于count，则该队列将镜像到所有节点。如果有集群总数大于count+1，并且包含镜像的节点出现故障，则将在另一个节点上创建一个新的镜像。
all(none)队列在群集中的所有节点之间进行镜像。队列将镜像到任何新加入的节点。镜像到所有节点将对所有群集节点施加额外的压力，包括网络I / O，磁盘I / O和磁盘空间使用情况。推荐使用exactly，设置副本数为（N / 2 +1）。
nodesnode names指定队列创建到哪些节点，如果指定的节点全部不存在，则会出现异常。如果指定的节点在集群中存在，但是暂时不可用，会创建节点到当前客户端连接到的节点。

这里我们以rabbitmqctl命令作为案例来讲解配置语法

exactly模式

rabbitmqctl set_policy ha-two "^two\." '{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}'

  • rabbitmqctl set_policy：固定写法

  • ha-two：策略名称，自定义

  • "^two\."：匹配队列的正则表达式，符合命名规则的队列才生效，这里是任何以two.开头的队列名称

  • '{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}': 策略内容

    • "ha-mode":"exactly"：策略模式，此处是exactly模式，指定副本数量

    • "ha-params":2：策略参数，这里是2，就是副本数量为2，1主1镜像

    • "ha-sync-mode":"automatic"：同步策略，默认是manual，即新加入的镜像节点不会同步旧的消息。如果设置为automatic，则新加入的镜像节点会把主节点中所有消息都同步，会带来额外的网络开销

all模式

rabbitmqctl set_policy ha-all "^all\." '{"ha-mode":"all"}'

  • ha-all：策略名称，自定义

  • "^all\."：匹配所有以all.开头的队列名

  • '{"ha-mode":"all"}'：策略内容

    • "ha-mode":"all"：策略模式，此处是all模式，即所有节点都会称为镜像节点

nodes模式

rabbitmqctl set_policy ha-nodes "^nodes\." '{"ha-mode":"nodes","ha-params":["rabbit@nodeA", "rabbit@nodeB"]}'

  • rabbitmqctl set_policy：固定写法

  • ha-nodes：策略名称，自定义

  • "^nodes\."：匹配队列的正则表达式，符合命名规则的队列才生效，这里是任何以nodes.开头的队列名称

  • '{"ha-mode":"nodes","ha-params":["rabbit@nodeA", "rabbit@nodeB"]}': 策略内容

    • "ha-mode":"nodes"：策略模式，此处是nodes模式

    • "ha-params":["rabbit@mq1", "rabbit@mq2"]：策略参数，这里指定副本所在节点名称

测试

我们使用exactly模式的镜像，因为集群节点数量为3，因此镜像数量就设置为2.

 

运行下面的命令：

docker exec -it mq1 rabbitmqctl set_policy ha-two "^two\." '{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}'

下面，我们创建一个新的队列：

在任意一个mq控制台查看队列：

测试数据共享

给two.queue发送一条消息：

 

然后在mq1、mq2、mq3的任意控制台查看消息：

测试高可用

现在，我们让two.queue的主节点mq1宕机：

docker stop mq1

查看集群状态：

查看队列状态：

 

发现依然是健康的！并且其主节点切换到了rabbit@mq2上  

 

2.4、仲裁队列

2.4.1、集群特征

仲裁队列：仲裁队列是3.8版本以后才有的新功能，用来替代镜像队列，具备下列特征：

  • 与镜像队列一样，都是主从模式，支持主从数据同步

  • 使用非常简单，没有复杂的配置

  • 主从同步基于Raft协议，强一致

 

2.4.2、部署

从RabbitMQ 3.8版本开始，引入了新的仲裁队列，他具备与镜像队里类似的功能，但使用更加方便。

添加仲裁队列

在任意控制台添加一个队列，一定要选择队列类型为Quorum类型。

 

在任意控制台查看队列：

 

可以看到，仲裁队列的 + 2字样。代表这个队列有2个镜像节点。

因为仲裁队列默认的镜像数为5。如果你的集群有7个节点，那么镜像数肯定是5；而我们集群只有3个节点，因此镜像数量就是3.

 

2.4.3、Java代码创建仲裁队列

@Bean
public Queue quorumQueue() {
    return QueueBuilder
        .durable("quorum.queue") // 持久化
        .quorum() // 仲裁队列
        .build();
}

 

2.4.4、SpringAMQP连接MQ集群

注意，这里用address来代替host、port方式

spring:
  rabbitmq:
    addresses: 192.168.150.105:8071, 192.168.150.105:8072, 192.168.150.105:8073
    username: mq
    password: 123321
    virtual-host: /

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