爲什麼要用 MQ?

  • 1、解耦

  • 2、異步

  • 3、削峯

  • 使用了消息隊列會有什麼缺點?

  • 消息隊列如何選型?

  • 如何保證消息隊列是高可用的?

  • 如何保證消息不被重複消費?

  • 如何保證消費的可靠性傳輸?

  • RabbitMQ

  • kafka

  • 如何保證消息的順序性?

  • 總結


一個用消息隊列的人,不知道爲啥用,有點尷尬。沒有複習這點,很容易被問蒙,然後就開始胡扯了。

回答:這個問題,咱只答三個最主要的應用場景,不可否認還有其他的,但是隻答三個主要的,即以下六個字:

解耦、異步、削峯

 

1、解耦


傳統模式:

傳統模式的缺點:

系統間耦合性太強,如上圖所示,系統A在代碼中直接調用系統B和系統C的代碼,如果將來D系統接入,系統A還需要修改代碼,過於麻煩!

中間件模式:

中間件模式的的優點:

將消息寫入消息隊列,需要消息的系統自己從消息隊列中訂閱,從而系統A不需要做任何修改。

 

2、異步


傳統模式:

傳統模式的缺點:

一些非必要的業務邏輯以同步的方式運行,太耗費時間。

中間件模式:

中間件模式的的優點:

將消息寫入消息隊列,非必要的業務邏輯以異步的方式運行,加快響應速度

 

3、削峯


傳統模式

傳統模式的缺點:

併發量大的時候,所有的請求直接懟到數據庫,造成數據庫連接異常

中間件模式:

中間件模式的的優點:

系統A慢慢的按照數據庫能處理的併發量,從消息隊列中慢慢拉取消息。在生產中,這個短暫的高峯期積壓是允許的。

 

使用了消息隊列會有什麼缺點?


分析:一個使用了MQ的項目,如果連這個問題都沒有考慮過,就把MQ引進去了,那就給自己的項目帶來了風險。

我們引入一個技術,要對這個技術的弊端有充分的認識,才能做好預防。要記住,不要給公司挖坑!

回答:回答也很容易,從以下兩個個角度來答

系統可用性降低:

你想啊,本來其他系統只要運行好好的,那你的系統就是正常的。

現在你非要加個消息隊列進去,那消息隊列掛了,你的系統不是呵呵了。因此,系統可用性降低

系統複雜性增加:

要多考慮很多方面的問題,比如一致性問題、如何保證消息不被重複消費,如何保證保證消息可靠傳輸。

因此,需要考慮的東西更多,系統複雜性增大。

但是,我們該用還是要用的。

 

消息隊列如何選型?


先說一下,博主只會ActiveMQ,RabbitMQ,RocketMQ,Kafka,對什麼ZeroMQ等其他MQ沒啥理解,因此只能基於這四種MQ給出回答。

分析:既然在項目中用了MQ,肯定事先要對業界流行的MQ進行調研,如果連每種MQ的優缺點都沒了解清楚,就拍腦袋依據喜好,用了某種MQ,還是給項目挖坑。

如果面試官問:"你爲什麼用這種MQ?。"

你直接回答"領導決定的。"

這種回答就很LOW了。

還是那句話,不要給公司挖坑。

我們可以看出,RabbitMQ版本發佈比ActiveMq頻繁很多。至於RocketMQ和kafka就不帶大家看了,總之也比ActiveMQ活躍的多。詳情,可自行查閱。

再來一個性能對比表

綜合上面的材料得出以下兩點:

1、中小型軟件公司,建議選RabbitMQ.

一方面,erlang語言天生具備高併發的特性,而且他的管理界面用起來十分方便。

正所謂,成也蕭何,敗也蕭何!他的弊端也在這裏,雖然RabbitMQ是開源的,然而國內有幾個能定製化開發erlang的程序員呢?

所幸,RabbitMQ的社區十分活躍,可以解決開發過程中遇到的bug,這點對於中小型公司來說十分重要。

不考慮rocketmq和kafka的原因是,一方面中小型軟件公司不如互聯網公司,數據量沒那麼大,選消息中間件,應首選功能比較完備的,所以kafka排除。

不考慮rocketmq的原因是,rocketmq是阿里出品,如果阿里放棄維護rocketmq,中小型公司一般抽不出人來進行rocketmq的定製化開發,因此不推薦。

2、大型軟件公司,根據具體使用在rocketMq和kafka之間二選一

一方面,大型軟件公司,具備足夠的資金搭建分佈式環境,也具備足夠大的數據量。

針對rocketMQ,大型軟件公司也可以抽出人手對rocketMQ進行定製化開發,畢竟國內有能力改JAVA源碼的人,還是相當多的。

至於kafka,根據業務場景選擇,如果有日誌採集功能,肯定是首選kafka了。具體該選哪個,看使用場景。

 

如何保證消息隊列是高可用的?


在第二點說過了,引入消息隊列後,系統的可用性下降。

在生產中,沒人使用單機模式的消息隊列。

因此,作爲一個合格的程序員,應該對消息隊列的高可用有很深刻的瞭解。

如果面試官問:"你們的消息中間件如何保證高可用的?"

如果你的回答只是表明自己只會訂閱和發佈消息,面試官就會懷疑你是不是隻是自己搭着玩,壓根沒在生產用過。

因此,請做一個愛思考,會思考,懂思考的程序員。

回答:這問題,其實要對消息隊列的集羣模式要有深刻了解,纔好回答。

以rcoketMQ爲例,他的集羣就有多master 模式、多master多slave異步複製模式、多 master多slave同步雙寫模式。

多master多slave模式部署架構圖(網上找的,偷個懶,懶得畫):

其實博主第一眼看到這個圖,就覺得和kafka好像,只是NameServer集羣,在kafka中是用zookeeper代替,都是用來保存和發現master和slave用的。

通信過程如下:

Producer 與 NameServer集羣中的其中一個節點(隨機選擇)建立長連接,定期從 NameServer 獲取 Topic 路由信息,並向提供 Topic 服務的 Broker Master 建立長連接,且定時向 Broker 發送心跳。

Producer 只能將消息發送到 Broker master,但是 Consumer 則不一樣,它同時和提供 Topic 服務的 Master 和 Slave建立長連接,既可以從 Broker Master 訂閱消息,也可以從 Broker Slave 訂閱消息。

那麼kafka呢,爲了對比說明直接上kafka的拓補架構圖(也是找的,懶得畫)

如上圖所示,一個典型的Kafka集羣中包含若干Producer(可以是web前端產生的Page View,或者是服務器日誌,系統CPU、Memory等),若干broker(Kafka支持水平擴展,一般broker數量越多,集羣吞吐率越高),若干Consumer Group,以及一個Zookeeper集羣。

Kafka通過Zookeeper管理集羣配置,選舉leader,以及在Consumer Group發生變化時進行rebalance。

Producer使用push模式將消息發佈到broker,Consumer使用pull模式從broker訂閱並消費消息。

至於rabbitMQ,也有普通集羣和鏡像集羣模式,自行去了解,比較簡單,兩小時即懂。

要求,在回答高可用的問題時,應該能邏輯清晰的畫出自己的MQ集羣架構或清晰的敘述出來。

 

如何保證消息不被重複消費?


這個問題其實換一種問法就是,如何保證消息隊列的冪等性?

這個問題可以認爲是消息隊列領域的基本問題。換句話來說,是在考察你的設計能力,這個問題的回答可以根據具體的業務場景來答,沒有固定的答案。

回答:先來說一下爲什麼會造成重複消費?

其實無論是那種消息隊列,造成重複消費原因其實都是類似的。

正常情況下,消費者在消費消息時候,消費完畢後,會發送一個確認信息給消息隊列,消息隊列就知道該消息被消費了,就會將該消息從消息隊列中刪除。只是不同的消息隊列發送的確認信息形式不同

例如RabbitMQ是發送一個ACK確認消息,RocketMQ是返回一個CONSUME_SUCCESS成功標誌,kafka實際上有個offset的概念

簡單說一下(如果還不懂,出門找一個kafka入門到精通教程),就是每一個消息都有一個offset,kafka消費過消息後,需要提交offset,讓消息隊列知道自己已經消費過了。

那造成重複消費的原因?

就是因爲網絡傳輸等等故障,確認信息沒有傳送到消息隊列,導致消息隊列不知道自己已經消費過該消息了,再次將該消息分發給其他的消費者。

如何解決?這個問題針對業務場景來答分以下幾點

1、比如,你拿到這個消息做數據庫的insert操作。

那就容易了,給這個消息做一個唯一主鍵,那麼就算出現重複消費的情況,就會導致主鍵衝突,避免數據庫出現髒數據。

2、再比如,你拿到這個消息做redis的set的操作

那就容易了,不用解決。因爲你無論set幾次結果都是一樣的,set操作本來就算冪等操作。

3、如果上面兩種情況還不行,上大招。

準備一個第三方介質,來做消費記錄。以redis爲例,給消息分配一個全局id,只要消費過該消息,將以K-V形式寫入redis。那消費者開始消費前,先去redis中查詢有沒消費記錄即可。

 

如何保證消費的可靠性傳輸?


分析:我們在使用消息隊列的過程中,應該做到消息不能多消費,也不能少消費。如果無法做到可靠性傳輸,可能給公司帶來千萬級別的財產損失。

同樣的,如果可靠性傳輸在使用過程中,沒有考慮到,這不是給公司挖坑麼,你可以拍拍屁股走了,公司損失的錢,誰承擔。

還是那句話,認真對待每一個項目,不要給公司挖坑

回答:其實這個可靠性傳輸,每種MQ都要從三個角度來分析:生產者弄丟數據、消息隊列弄丟數據、消費者弄丟數據

 

RabbitMQ


1、生產者丟數據

從生產者弄丟數據這個角度來看,RabbitMQ提供transaction和confirm模式來確保生產者不丟消息。

transaction機制就是說,發送消息前,開啓事物(channel.txSelect()),然後發送消息,如果發送過程中出現什麼異常,事物就會回滾(channel.txRollback()),如果發送成功則提交事物(channel.txCommit())。

然而缺點就是吞吐量下降了。因此,按照博主的經驗,生產上用confirm模式的居多。

一旦channel進入confirm模式,所有在該信道上面發佈的消息都將會被指派一個唯一的ID(從1開始)

一旦消息被投遞到所有匹配的隊列之後,rabbitMQ就會發送一個Ack給生產者(包含消息的唯一ID)

這就使得生產者知道消息已經正確到達目的隊列了.如果rabiitMQ沒能處理該消息,則會發送一個Nack消息給你,你可以進行重試操作。

處理Ack和Nack的代碼如下所示(說好不上代碼的,偷偷上了):

2、消息隊列丟數據

處理消息隊列丟數據的情況,一般是開啓持久化磁盤的配置。

這個持久化配置可以和confirm機制配合使用,你可以在消息持久化磁盤後,再給生產者發送一個Ack信號。

這樣,如果消息持久化磁盤之前,rabbitMQ陣亡了,那麼生產者收不到Ack信號,生產者會自動重發。

那麼如何持久化呢,這裏順便說一下吧,其實也很容易,就下面兩步

1、將queue的持久化標識durable設置爲true,則代表是一個持久的隊列

2、發送消息的時候將deliveryMode=2

這樣設置以後,rabbitMQ就算掛了,重啓後也能恢復數據

3、消費者丟數據

消費者丟數據一般是因爲採用了自動確認消息模式。

這種模式下,消費者會自動確認收到信息。這時rahbitMQ會立即將消息刪除,這種情況下如果消費者出現異常而沒能處理該消息,就會丟失該消息。

至於解決方案,採用手動確認消息即可。

 

kafka


Producer在發佈消息到某個Partition時,先通過ZooKeeper找到該Partition的Leader

然後無論該Topic的Replication Factor爲多少(也即該Partition有多少個Replica),Producer只將該消息發送到該Partition的Leader。

Leader會將該消息寫入其本地Log。每個Follower都從Leader中pull數據。

針對上述情況,得出如下分析

1、生產者丟數據

在kafka生產中,基本都有一個leader和多個follwer。follwer會去同步leader的信息。

因此,爲了避免生產者丟數據,做如下兩點配置

第一個配置要在producer端設置acks=all。這個配置保證了,follwer同步完成後,才認爲消息發送成功。

在producer端設置retries=MAX,一旦寫入失敗,這無限重試

2、消息隊列丟數據

針對消息隊列丟數據的情況,無外乎就是,數據還沒同步,leader就掛了,這時zookpeer會將其他的follwer切換爲leader,那數據就丟失了。

針對這種情況,應該做兩個配置。

replication.factor參數,這個值必須大於1,即要求每個partition必須有至少2個副本

min.insync.replicas參數,這個值必須大於1,這個是要求一個leader至少感知到有至少一個follower還跟自己保持聯繫

這兩個配置加上上面生產者的配置聯合起來用,基本可確保kafka不丟數據

3、消費者丟數據

這種情況一般是自動提交了offset,然後你處理程序過程中掛了。kafka以爲你處理好了。

再強調一次offset是幹嘛的

offset:指的是kafka的topic中的每個消費組消費的下標。

簡單的來說就是一條消息對應一個offset下標,每次消費數據的時候如果提交offset,那麼下次消費就會從提交的offset加一那裏開始消費。

比如一個topic中有100條數據,我消費了50條並且提交了,那麼此時的kafka服務端記錄提交的offset就是49(offset從0開始),那麼下次消費的時候offset就從50開始消費。

解決方案也很簡單,改成手動提交即可。

 

如何保證消息的順序性?


分析:其實並非所有的公司都有這種業務需求,但是還是對這個問題要有所複習。

回答:針對這個問題,通過某種算法,將需要保持先後順序的消息放到同一個消息隊列中(kafka中就是partition,rabbitMq中就是queue)。然後只用一個消費者去消費該隊列。

有的人會問:那如果爲了吞吐量,有多個消費者去消費怎麼辦?

這個問題,沒有固定回答的套路。比如我們有一個微博的操作,發微博、寫評論、刪除微博,這三個異步操作。如果是這樣一個業務場景,那隻要重試就行。

比如你一個消費者先執行了寫評論的操作,但是這時候,微博都還沒發,寫評論一定是失敗的,等一段時間。等另一個消費者,先執行寫評論的操作後,再執行,就可以成功。

總之,針對這個問題,我的觀點是保證入隊有序就行,出隊以後的順序交給消費者自己去保證,沒有固定套路。

 

總結


寫到這裏,希望讀者把本文提出的這幾個問題,經過深刻的準備後,一般來說,能囊括大部分的消息隊列的知識點。

如果面試官不問這幾個問題怎麼辦,簡單,自己把幾個問題講清楚,突出以下自己考慮的全面性。

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