【微服务】RabbitMQSpringAMQP消息队列

🚩本文已收录至专栏：微服务探索之旅
👍希望您能有所收获

一.初识MQ

(1) 引入

微服务间通讯有同步和异步两种方式：

• 同步通讯：就像打电话，可以立即得到响应，但是你却不能跟多个人同时通话。

• 异步通讯：就像发消息，可以同时与多个人发送并接收消息，但是往往响应会有延迟。

(2) 同步通讯

我们之前学习的Feign远程调用就属于同步方式，虽然调用可以实时得到结果，但存在下面的问题：

• 同步调用的优点：

  • 时效性较强，可以立即得到结果

• 同步调用的缺点：

  • 耦合度高

  • 性能和吞吐能力下降

  • 有额外的资源消耗

  • 有级联失败问题
    

注：这里并不是想说明同步通讯没用，我们最常用的还是同步通讯。

(3) 异步通讯

异步调用则可以避免上述问题：

• 我们以购买商品为例，用户支付后需要调用订单服务完成订单状态修改，调用物流服务，从仓库分配响应的库存并准备发货。

• 支付服务是事件发布者（publisher），在支付完成后只需要发布一个支付成功的事件（event），事件中带上订单id。

• 订单服务和物流服务是事件订阅者（Consumer），订阅支付成功的事件，监听到事件后完成自己业务即可。

• 为了解除事件发布者与订阅者之间的耦合，两者并不是直接通信，而是有一个中间人（Broker）。发布者发布事件到Broker，不关心谁来订阅事件。订阅者从Broker订阅事件，不关心谁发来的消息。

Broker 是一个像数据总线一样的东西，所有的服务要接收数据和发送数据都发到这个总线上，这个总线就像协议一样，让服务间的通讯变得标准和可控。

• 好处：

  • 吞吐量提升：无需等待订阅者处理完成，响应更快速

  

  • 故障隔离：服务没有直接调用，不存在级联失败问题

  • 调用间没有阻塞，不会造成无效的资源占用

  • 耦合度极低，每个服务都可以灵活插拔，可替换
    

  • 流量削峰：不管发布事件的流量波动多大，都由Broker接收，订阅者可以按照自己的速度去处理事件
    

• 缺点：

  • 架构复杂了，业务没有明显的流程线，不好管理

  • 需要依赖于Broker的可靠、安全、性能

二.RabbitMQ快速入门

RabbitMQ是MQ的一种常见实现。

(1) 安装RabbitMQ

我们选择在服务器中使用Docker容器化来安装。

(1.1) 下载镜像

• 在控制台输入如下指令拉取镜像：

docker pull rabbitmq:3-management

(1.2) 安装MQ

• 执行下面的命令来创建并运行rabbitmq容器：

docker run \-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=guanzhi \-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=guanzhi \--name mq \--hostname mq1 \-p 15672:15672 \-p 5672:5672 \-d \rabbitmq:3-management

• RABBITMQ_DEFAULT_USER: 管理界面登录账号
• RABBITMQ_DEFAULT_PASS: 管理界面登录密码
• 15672 ：ui管理平台访问端口
• 5672 ：内部消息通信端口

(1.3) 访问控制台

• 在浏览器中通过http://47.43.22.34:15672 (服务器ip+端口)，访问并登录后可以看到如下界面。
  

(1.4) 基本结构

RabbitMQ中的一些角色：

• publisher：生产者
• consumer：消费者
• exchange个：交换机，负责消息路由
• queue：队列，存储消息
• virtualHost：虚拟主机，隔离不同租户的exchange、queue、消息的隔离

(2) 消息模型

RabbitMQ官方提供了5个不同的Demo示例，对应了不同的消息模型：

接下来让我们一起动手实践一下这五种消息模型吧~

(3) 案例

官方的HelloWorld是基于最基础的消息队列模型来实现的，只包括如上三个角色：

• publisher：消息发布者，将消息发送到队列queue
• queue：消息队列，负责接受并缓存消息
• consumer：订阅队列，处理队列中的消息

接下来让我们一起实践一下吧~

(3.1) 导入工程

链接：https://pan.baidu.com/s/1SVm5Im0nnB2s86r5c9W_EA
提取码：6wae

在idea中导入资料中提供的mq-demo后可以看到结构如下：

包括三部分：

• mq-demo：父工程，管理项目依赖
• publisher：消息的发送者
• consumer：消息的消费者

(3.2) 导入依赖

在父工程pom文件中导入RabbitMQ依赖

 <dependency><groupId>com.rabbitmq</groupId><artifactId>amqp-client</artifactId>
</dependency>

(3.3) publisher实现

• 创建Test类编写如下代码

• 基本消息队列的消息发送流程：

  1. 建立connection

  2. 创建channel

  3. 利用channel声明队列

  4. 利用channel向队列发送消息

package cn.itcast.mq.helloworld;import com.rabbitmq.client.Channel;
import com.rabbitmq.client.Connection;
import com.rabbitmq.client.ConnectionFactory;
import org.junit.Test;import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeoutException;public class PublisherTest {@Testpublic void testSendMessage() throws IOException, TimeoutException {// 1.建立连接ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();// 1.1.设置连接参数，分别是：主机名、端口号、vhost、用户名、密码factory.setHost("192.168.150.101");factory.setPort(5672);factory.setVirtualHost("/");factory.setUsername("itcast");factory.setPassword("123321");// 1.2.建立连接Connection connection = factory.newConnection();// 2.创建通道ChannelChannel channel = connection.createChannel();// 3.创建队列String queueName = "simple.queue";channel.queueDeclare(queueName, false, false, false, null);// 4.发送消息String message = "hello, rabbitmq!";channel.basicPublish("", queueName, null, message.getBytes());System.out.println("发送消息成功：【" + message + "】");// 5.关闭通道和连接channel.close();connection.close();}
}

• 我们可以按如下步骤在管理界面中查看到发布的消息

(3.4) consumer实现

• 基本消息队列的消息接收流程：

  1. 建立connection

  2. 创建channel

  3. 利用channel声明队列

  4. 定义consumer的消费行为handleDelivery()

  5. 利用channel将消费者与队列绑定

package cn.itcast.mq.helloworld;import com.rabbitmq.client.*;import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeoutException;public class ConsumerTest {public static void main(String[] args) throws IOException, TimeoutException {// 1.建立连接ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();// 1.1.设置连接参数，分别是：主机名、端口号、vhost、用户名、密码factory.setHost("192.168.150.101");factory.setPort(5672);factory.setVirtualHost("/");factory.setUsername("itcast");factory.setPassword("123321");// 1.2.建立连接Connection connection = factory.newConnection();// 2.创建通道ChannelChannel channel = connection.createChannel();// 3.创建队列String queueName = "simple.queue";channel.queueDeclare(queueName, false, false, false, null);// 4.订阅消息channel.basicConsume(queueName, true, new DefaultConsumer(channel){@Overridepublic void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope,AMQP.BasicProperties properties, byte[] body) throws IOException {// 5.处理消息String message = new String(body);System.out.println("接收到消息：【" + message + "】");}});System.out.println("等待接收消息。。。。");}
}

• 启动服务后，我们再次查看管理界面发现消息已经为空了
  

说明：消息一旦被消费就会从队列中删除(只能读取一次)，RabbitMQ没有消息回溯功能。

(3.6) 测试

• 运行两个测试类可以看到如下效果，如此我们已经成功实现了入门案例的效果
  

三.SpringAMQP快速入门

我们可以发现上述使用RabbitMQ实现简单消息队列过程比较麻烦，接下来让我们一起看看Spring AMQP如何简化RabbitMQ开发过程。

(1) 引入

就像MyBatis封装 JDBC，简化繁杂的开发过程一般，SpringAMQP则是基于RabbitMQ封装的一套模板，并且利用SpringBoot对其实现了自动装配，使用起来非常方便。

(2) BasicQueue简单队列

我们来尝试基于Spring AMQP再次实现上述入门案例

(2.1) 导入依赖

由于消息的发送与接收都需要此依赖，由此我们可以直接在父工程mq-demo中引入依赖

<!--AMQP依赖，包含RabbitMQ-->
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
</dependency>

注：导入此依赖后不再需要上文RabbitMQ依赖

(2.2) 消息发送

首先配置MQ地址，在publisher服务的application.yml中添加配置：

spring:rabbitmq:host: 192.168.150.101 # 主机名port: 5672 # 端口virtual-host: / # 虚拟主机username: itcast # 用户名password: 123321 # 密码

然后在publisher服务中编写测试类SpringAmqpTest，并利用RabbitTemplate实现消息发送：

package cn.itcast.mq.spring;import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.amqp.rabbit.core.RabbitTemplate;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringRunner;@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class SpringAmqpTest {@Autowiredprivate RabbitTemplate rabbitTemplate;@Testpublic void testSimpleQueue() {// 队列名称String queueName = "simple.queue";// 消息String message = "hello, spring amqp!";// 发送消息rabbitTemplate.convertAndSend(queueName, message);}
}

(2.3) 消息接收

同样首先配置MQ地址，在consumer服务的application.yml中添加配置：

spring:rabbitmq:host: 192.168.150.101 # 主机名port: 5672 # 端口virtual-host: / # 虚拟主机username: itcast # 用户名password: 123321 # 密码

然后在consumer服务的cn.itcast.mq.listener包中新建一个类SpringRabbitListener，代码如下：

package cn.itcast.mq.listener;import org.springframework.amqp.rabbit.annotation.RabbitListener;
import org.springframework.stereotype.Component;@Component
public class SpringRabbitListener {// 表明需要监听的队列名称，可自动装配下述参数msg@RabbitListener(queues = "simple.queue")public void listenSimpleQueueMessage(String msg) throws InterruptedException {System.out.println("spring 消费者接收到消息：【" + msg + "】");}
}

(2.4) 测试

启动consumer服务，然后在publisher服务中运行测试代码，发送MQ消息

我们可以看到已经成功在consumer中接收到了publisher发送的消息，并且代码比之前简化了很多。

接下来让我们一起学习第二个模型的使用。

(3) WorkQueue工作队列

(3.1) 引入

Work queues任务模型。简单来说就是让多个消费者绑定到一个队列，共同消费队列中的消息，提高处理速度。

我们已经知道消息读取后即会从队列中删除，当消息处理比较耗时的时候，可能生产消息的速度会远远大于消息的消费速度。长此以往，消息就会堆积越来越多，无法及时处理。

此时就可以使用work 模型，多个消费者共同处理消息处理，速度就能大大提高了。

(3.2) 消息发送

这次我们循环发送，模拟大量消息堆积现象。

在publisher服务中的SpringAmqpTest类中添加一个测试方法：

/*** workQueue* 向队列中不停发送消息，模拟消息堆积。*/
@Test
public void testWorkQueue() throws InterruptedException {// 队列名称String queueName = "simple.queue";// 消息String message = "hello, message_";for (int i = 0; i < 50; i++) {// 发送消息rabbitTemplate.convertAndSend(queueName, message + i);// 控制1s发送50条消息Thread.sleep(20);}
}

(3.3) 消息接收

要模拟多个消费者q绑定同一个队列，我们在consumer服务的SpringRabbitListener中添加2个新的方法：

// 两个消费者绑定到同一个队列
@RabbitListener(queues = "simple.queue")
public void listenWorkQueue1(String msg) throws InterruptedException {System.out.println("消费者1接收到消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());// 模拟不同消费者处理能力差异Thread.sleep(20);
}// 两个消费者绑定到同一个队列
@RabbitListener(queues = "simple.queue")
public void listenWorkQueue2(String msg) throws InterruptedException {System.err.println("消费者2........接收到消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());// 模拟不同消费者处理能力差异Thread.sleep(200);
}

(3.4) 测试

启动ConsumerApplication后，再执行publisher服务中刚刚编写的发送测试方法testWorkQueue。

可以看到消费者1很快完成了自己的25条消息。消费者2却在缓慢的处理自己的25条消息。

也就是说消息确实同时被两个消费者处理了，但是平均分配给了每个消费者，并没有考虑到消费者的处理能力。这样显然是有问题的。

(3.5) 优化(能者多劳)

由于RabbitMQ采取的是消息预取机制，当有消息发送过来时会将消息都投递给消费者。

我们可以修改consumer服务的application.yml文件，设置preFetch参数，控制预取消息的上限：

spring:rabbitmq:listener:simple:prefetch: 1 # 每次只能获取一条消息，处理完成才能获取下一个消息

重新启动我们可以发现，模拟性能比较好的1快速的消费了大量消息，而2仅消费了几条消息。

(4) 发布/订阅

发布订阅模式与之前案例的区别就是允许将同一消息发送给多个消费者。

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，也就是要发送消息的程序，但是不再发送到队列中，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。Exchange有以下3种类型：
  • Fanout：广播，将消息交给所有绑定到交换机的队列
  • Direct：定向，把消息交给符合指定routing key 的队列
  • Topic：通配符，把消息交给符合routing pattern（路由模式） 的队列
• Consumer：消费者，与以前一样，订阅队列，没有变化
• Queue：消息队列也与以前一样，接收消息、缓存消息。

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！

Spring提供了一个接口Exchange，来表示所有不同类型的交换机：

(5) Fanout广播

(5.1) 介绍

在广播模式下，消息发送流程是这样的：

• 可以有多个队列
• 每个队列都要绑定到Exchange（交换机）
• 生产者发送的消息，只能发送到交换机，交换机来决定要发给哪个队列，生产者无法决定
• 交换机把消息发送给绑定过的所有队列
• 订阅队列的消费者都能拿到消息

(5.2) 案例引入

我们的计划是这样的：

• 创建一个交换机 itcast.fanout，类型是Fanout
• 创建两个队列fanout.queue1和fanout.queue2，绑定到交换机itcast.fanout

(5.3) 声明队列和交换机

在consumer中创建一个类，声明队列和交换机：

package cn.itcast.mq.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.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
public class FanoutConfig {/*** 声明交换机* @return Fanout类型交换机*/@Beanpublic FanoutExchange fanoutExchange(){return new FanoutExchange("itcast.fanout");}/*** 第1个队列*/@Beanpublic Queue fanoutQueue1(){return new Queue("fanout.queue1");}/*** 绑定队列和交换机* 注意参数名fanoutQueue1，spring会自动装配*/@Beanpublic Binding bindingQueue1(Queue fanoutQueue1, FanoutExchange fanoutExchange){return BindingBuilder.bind(fanoutQueue1).to(fanoutExchange);}/*** 第2个队列*/@Beanpublic Queue fanoutQueue2(){return new Queue("fanout.queue2");}/*** 绑定队列和交换机* 注意参数名fanoutQueue2，spring会自动装配*/@Beanpublic Binding bindingQueue2(Queue fanoutQueue2, FanoutExchange fanoutExchange){return BindingBuilder.bind(fanoutQueue2).to(fanoutExchange);}
}

(5.4) 消息发送

在publisher服务的SpringAmqpTest类中添加测试方法：

@Test
public void testFanoutExchange() {// 队列名称String exchangeName = "itcast.fanout";// 消息String message = "hello, everyone!";// 中间参数后期有用，暂时不用写rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "", message);
}

• 启动可以在控制界面看到

(5.5) 消息接收

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

// 绑定队列
@RabbitListener(queues = "fanout.queue1")
public void listenFanoutQueue1(String msg) {System.out.println("消费者1接收到Fanout消息：【" + msg + "】");
}// 绑定队列
@RabbitListener(queues = "fanout.queue2")
public void listenFanoutQueue2(String msg) {System.out.println("消费者2接收到Fanout消息：【" + msg + "】");
}

(5.6) 测试

启动项目我们可以发现两个队列都成功的接收到了消息

(6) Direct路由

(6.1) 介绍

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

(6.2) 案例引入

1. 利用@RabbitListener声明Exchange、Queue、RoutingKey

2. 在consumer服务中，编写两个消费者方法，分别监听direct.queue1和direct.queue2

3. 在publisher中编写测试方法，向itcast. direct发送消息

4. 路由到不同的队列

(6.3) 消息接收

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

在consumer的SpringRabbitListener中添加两个消费者，同时基于注解来声明队列和交换机：

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(value = @Queue(name = "direct.queue1"),exchange = @Exchange(name = "itcast.direct", type = ExchangeTypes.DIRECT),key = {"red", "blue"}
))
public void listenDirectQueue1(String msg){System.out.println("消费者接收到direct.queue1的消息：【" + msg + "】");
}@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(value = @Queue(name = "direct.queue2"),exchange = @Exchange(name = "itcast.direct", type = ExchangeTypes.DIRECT),key = {"red", "yellow"}
))
public void listenDirectQueue2(String msg){System.out.println("消费者接收到direct.queue2的消息：【" + msg + "】");
}

• bindings = @QueueBinding():声明并绑定关系
• value = @Queue():队列名称
• exchange = @Exchange():交换机名称，发布订阅模式
• key = {}:指定路由key

在控制台可以看到如下四个消费者

(6.4) 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 = "itcast.direct";// 消息String message = "hello red";// 发送消息，通过中间参数指定key值rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "red", message);
}

(6.5) 测试

• 启动项目多次更换可以值可以看到如下效果

(7) Topic主题

(7.1) 介绍

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Routing key 的时候使用通配符！

Routingkey 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：

china.#：能够匹配china.spu.nb 或者 item.spu

china.*：只能匹配china.spu

解释：

• Queue1：绑定的是china.# ，因此凡是以 china.开头的routing key 都会被匹配到。包括china.news和china.weather
• Queue2：绑定的是#.news ，因此凡是以 .news结尾的 routing key 都会被匹配。包括china.news和japan.news

(7.2) 案例引入

1. 并利用@RabbitListener声明Exchange、Queue、RoutingKey

2. 在consumer服务中，编写两个消费者方法，分别监听topic.queue1和topic.queue2

3. 在publisher中编写测试方法，向itcast. topic发送消息

(7.3 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 = "itcast.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);
}

(7.4) 消息接收

在consumer服务的SpringRabbitListener中添加方法：

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(value = @Queue(name = "topic.queue1"),exchange = @Exchange(name = "itcast.topic", type = ExchangeTypes.TOPIC),key = "china.#"
))
public void listenTopicQueue1(String msg){System.out.println("消费者接收到topic.queue1的消息：【" + msg + "】");
}@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(value = @Queue(name = "topic.queue2"),exchange = @Exchange(name = "itcast.topic", type = ExchangeTypes.TOPIC),key = "#.news"
))
public void listenTopicQueue2(String msg){System.out.println("消费者接收到topic.queue2的消息：【" + msg + "】");
}

可以看到

(7.5) 测试

多次测试可以看到如下效果，只有匹配key值才能接收到消息

(8) 消息转换器(补充说明)

(8.1) 引入

我们可以发现，在SpringAMQP的发送消息中，发送接收消息的类型是Object,也就是说我们可以发送任意对象类型的消息，SpringAMQP会帮我们序列化为字节后发送，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。

(8.2) 测试默认转换器

我们修改消息发送的代码，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("simple.queue","", msg);
}

停止consumer服务

发送消息后查看控制台：

(8.3) 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。

1. 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>

配置消息转换器。

2. 在启动类Appication中添加一个Bean即可：

@Bean
public MessageConverter jsonMessageConverter(){return new Jackson2JsonMessageConverter();
}

重启启动项目，再次测试效果

可以发现配置已经生效

四.MQ实现技术对比

MQ，中文是消息队列（MessageQueue），字面来看就是存放消息的队列。也就是事件驱动架构中的Broker。

比较常见的MQ实现：

• ActiveMQ
• RabbitMQ
• RocketMQ
• Kafka

几种常见MQ的对比：

	RabbitMQ	ActiveMQ	RocketMQ	Kafka
公司/社区	Rabbit	Apache	阿里	Apache
开发语言	Erlang	Java	Java	Scala&Java
协议支持	AMQP，XMPP，SMTP，STOMP	OpenWire,STOMP，REST,XMPP,AMQP	自定义协议	自定义协议
可用性	高	一般	高	高
单机吞吐量	一般	差	高	非常高
消息延迟	微秒级	毫秒级	毫秒级	毫秒以内
消息可靠性	高	一般	高	一般

追求可用性：Kafka、 RocketMQ 、RabbitMQ

追求可靠性：RabbitMQ、RocketMQ

追求吞吐能力：RocketMQ、Kafka

追求消息低延迟：RabbitMQ、Kafka