MQ高级 - 《微服务总结》

服务的异步通信中，消息队列使用时一些常见问题：

一、消息可靠性：如何确保发送的消息至少被消费一次

其中会发生消息丢失的有：
①发送时丢失：
• 生产者发送的消息未送达exchange
• 消息到达exchange后未到达queue
②MQ宕机，queue将消息丢失，默认将消息存在内存中，并不在磁盘上
③consumer接收到消息后未消费就宕机
⚠确保RabbitMQ消息的可靠性：

开启生产者确认机制，确保生产者的消息能到达队列
mq持久化，确保消息未消费前在队列中不会丢失
开启消费者确认机制为auto，由spring确认消息处理成功后完成ack
开启消费者失败重试机制，并设置MessageRecoverer，多次重试失败后将消息投递到异常交换机，交由人工处理

Ⅰ：SpringAMQP实现生产者消息确认
RabbitMQ提供了publisher confirm机制来避免消息发送到MQ过程中丢失。这种机制必须给每个消息指定一个唯一ID，以区分不同消息，避免ack冲突。消息发送到MQ以后，会返回一个结果给发送者，表示消息是否处理成功。

返回结果有两种方式：

publisher-confirm，发送者确认
- 消息成功投递到交换机，返回ack
- 消息未投递到交换机，返回nack
publisher-return，发送者回执
- 消息投递到交换机了，但是没有路由到队列。返回ack，及路由失败原因。

代码实现：
1、修改publisher（生产者）服务中的application.yml文件

spring:
  rabbitmq:
    publisher-confirm-type: correlated  #开启publisher-confirm
    publisher-returns: true    #开启publish-return功能
    template:
      mandatory: true    #定义消息路由失败时的策略

配置补充说明：

publish-confirm-type：开启publisher-confirm，这里支持两种类型：
- simple：同步等待confirm结果，直到超时
- correlated：异步回调，定义ConfirmCallback，MQ返回结果时会回调这个ConfirmCallback
publish-returns：开启publish-return功能，同样是基于callback机制，不过是定义ReturnCallback
template.mandatory：定义消息路由失败时的策略。true，则调用ReturnCallback；false：则直接丢弃消息

2、定义ReturnConfirm 回调
每个RabbitTemplate只能配置一个ReturnCallback，因此需要在项目加载时（即项目启动过程中）配置ReturnCallback，及ConfirmCallback。

package cn.itcast.mq.config;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.amqp.core.Binding;
import org.springframework.amqp.core.BindingBuilder;
import org.springframework.amqp.core.DirectExchange;
import org.springframework.amqp.core.Queue;
import org.springframework.amqp.rabbit.connection.CorrelationData;
import org.springframework.amqp.rabbit.core.RabbitTemplate;
import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.ApplicationContextAware;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

//定义ReturnConfirm 回调
@Slf4j
@Configuration
public class CommonConfig implements ApplicationContextAware {
    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        // 获取RabbitTemplate
        RabbitTemplate rabbitTemplate = applicationContext.getBean(RabbitTemplate.class);
        // 设置ReturnCallback，消息投递到交换机了，但是没有路由到队列
        rabbitTemplate.setReturnCallback((message, replyCode, replyText, exchange, routingKey) -> {
            // 投递失败，记录日志
            log.info("消息发送失败，应答码{}，原因{}，交换机{}，路由键{},消息{}",
                    replyCode, replyText, exchange, routingKey, message.toString());
            // 如果有业务需要，可以重发消息
        });

        //消息投递到交换机，定义ConfirmCallback，MQ返回结果时会回调这个ConfirmCallback
        rabbitTemplate.setConfirmCallback(new RabbitTemplate.ConfirmCallback() {
            /**
             * @param correlationData  自定义的数据
             * @param ack  是否确认
             * @param cause  原因
             */
            @Override
            public void confirm(CorrelationData correlationData, boolean ack, String cause) {
                if(ack){
                    // 3.1.ack，消息成功
                    log.debug("消息发送成功, ID:{}", correlationData.getId());
                }else{
                    // 3.2.nack，消息失败
                    log.error("消息发送失败, ID:{}, 原因{}",correlationData.getId(), cause);
                }
            }
        });
    }

    @Bean
    public DirectExchange simpleExchange(){
        // 三个参数：交换机名称、是否持久化、当没有queue与其绑定时是否自动删除
        return new DirectExchange("simple.direct", false, false);
    }
    @Bean
    public Queue simpleQueue(){
        return new Queue("simple.queue",false);
    }
    @Bean
    public Binding binding(){
        return BindingBuilder.bind(simpleQueue()).to(simpleExchange()).with("simple");
    }
}

**3、**发送消息测试

package cn.itcast.mq.spring;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.amqp.rabbit.connection.CorrelationData;
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;

import java.util.UUID;

@Slf4j
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class SpringAmqpTest {

    @Autowired
    private RabbitTemplate rabbitTemplate;

    /* 
设置不存在的交换机尝试发送    交换机: task.direct        路由: task
    - 结果:  发送确认回调返回false消息没有正确发送到MQ中
    - return回调未触发

设置存在的交换机,不存在的路由尝试发送    交换机: simple.direct     路由: task
    - 结果:  发送确认回调返回true消息已经发送到MQ中
    - return回调触发，返回了消息，并提示路由错误

设置正确的交换机，正确的路由    交换机: simple.direct      路由: simple
    - 结果: 发送确认回调返回true消息已经发送到MQ中
    - return回调未触发
     */
    @Test
    public void testSendMessage2SimpleQueue() throws InterruptedException {
        // 1.消息体
        String message = "hello, spring amqp!";
        // 2.全局唯一的消息ID，需要封装到CorrelationData中
        CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());
        // 4.发送消息
        rabbitTemplate.convertAndSend("task.direct", "task", message, correlationData);
        // 休眠一会儿，等待ack回执
        Thread.sleep(2000);
    }
}

结论：
通过发送确认和消息返还机制可以确保消息一定能够投递到指定的队列中，如果消息没有投递成功或返还了
也可以通过定时重新投递的方式进行补偿

Ⅱ：mq持久化（默认情况下，SpringAMQP发出的任何消息都是持久化的，不用特意指定）
一、交换机持久化
RabbitMQ中交换机默认是非持久化的，mq重启后就丢失。
SpringAMQP中可以通过代码指定交换机持久化（默认情况下，由SpringAMQP声明的交换机都是持久化的）

@Bean
public DirectExchange simpleExchange(){
    // 三个参数：交换机名称、是否持久化、当没有queue与其绑定时是否自动删除
    return new DirectExchange("simple.direct", true, false);
}

二、队列持久化
RabbitMQ中队列如果设置成非持久化的，mq重启后就丢失。
SpringAMQP中可以通过代码指定交换机持久化（默认情况下，由SpringAMQP声明的队列都是持久化的）

@Bean
public Queue simpleQueue(){
     // 使用QueueBuilder构建队列，durable就是持久化的
     return QueueBuilder.durable("simple.queue").build();
}

三、消息持久化
利用SpringAMQP发送消息时，可以设置消息的属性（MessageProperties），指定delivery-mode

  - 1：非持久化
  - 2：持久化

//创建消息
Message msg = MessageBuilder
        .withBody(message.getBytes(StandardCharsets.UTF_8)) // 消息体
        .setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.PERSISTENT) // 持久化
        .build();

Ⅲ：消费者确认机制
RabbitMQ是阅后即焚机制，RabbitMQ确认消息被消费者消费后会立刻删除。
而RabbitMQ是通过消费者回执来确认消费者是否成功处理消息的：消费者获取消息后，应该向RabbitMQ发送ack回执，表明自己已经处理消息。

设想这样的场景：

  - 1）RabbitMQ投递消息给消费者
  - 2）消费者获取消息后，返回ack给RabbitMQ
  - 3）RabbitMQ删除消息
  - 4）消费者宕机，消息尚未处理

这样，消息就丢失了。因此消费者返回ack的时机非常重要。

而SpringAMQP则允许配置三种确认模式：
•manual：手动ack，需要在业务代码结束后，调用api发送ack。
•auto：自动ack，由spring监测listener代码是否出现异常，没有异常则返回ack；抛出异常则返回nack
•none：关闭ack，MQ假定消费者获取消息后会成功处理，因此消息投递后立即被删除

由此可知：

  - none模式下，消息投递是不可靠的，可能丢失
  - auto模式类似事务机制，出现异常时返回nack，消息回滚到mq；没有异常，返回ack
  - manual：自己根据业务情况，判断什么时候该ack

一般，我们都是使用默认的auto即可。
实现方法：是修改consumer服务的application.yml文件

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        acknowledge-mode: auto  # none，关闭ack；manual，手动ack；auto：自动ack

Ⅳ：消费失败重试机制
当消费者出现异常后，消息会不断requeue（重入队）到队列，再重新发送给消费者，然后再次异常，再次requeue，无限循环，导致mq的消息处理飙升，带来不必要的压力
一、本地重试
利用Spring的retry机制，在消费者出现异常时利用本地重试，而不是无限制的requeue到mq队列
实现方法：修改consumer服务的application.yml文件

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        retry:
          enabled: true # 开启消费者失败重试
          initial-interval: 1000ms # 初识的失败等待时长为1秒
          multiplier: 1 # 失败的等待时长倍数，下次等待时长 = multiplier * last-interval
          max-attempts: 3 # 最大重试次数
          stateless: true # true无状态；false有状态。如果业务中包含事务，这里改为false

  - 在重试3次后，SpringAMQP会抛出异常AmqpRejectAndDontRequeueException，说明本地重试触发了
  - 查看RabbitMQ控制台，发现消息被删除了，说明最后SpringAMQP返回的是ack，mq删除消息了

结论：

开启本地重试时，消息处理过程中抛出异常，不会requeue到队列，而是在消费者本地重试
重试达到最大次数后，Spring会返回ack，消息会被丢弃

二、失败策略
在开启重试模式后，重试次数耗尽，如果消息依然失败，则需要有MessageRecovery接口来处理，它包含三种不同的实现：

RejectAndDontRequeueRecoverer：重试耗尽后，直接reject，丢弃消息。默认就是这种方式
ImmediateRequeueMessageRecoverer：重试耗尽后，返回nack，消息重新入队
RepublishMessageRecoverer：重试耗尽后，将失败消息投递到指定的交换机

一般使用RepublishMessageRecoverer处理方案，失败后将消息投递到一个指定的，专门存放异常消息的队列，后续由人工集中处理

代码实现：（配置类config）
1）在consumer服务中定义处理失败消息的交换机和队列

@Bean
public DirectExchange errorMessageExchange(){
    return new DirectExchange("error.direct");
}
@Bean
public Queue errorQueue(){
    return new Queue("error.queue", true);
}
@Bean
public Binding errorBinding(Queue errorQueue, DirectExchange errorMessageExchange){
    return BindingBuilder.bind(errorQueue).to(errorMessageExchange).with("error");
}

2）定义一个RepublishMessageRecoverer，关联队列和交换机

@Bean
public MessageRecoverer republishMessageRecoverer(RabbitTemplate rabbitTemplate){
    return new RepublishMessageRecoverer(rabbitTemplate, "error.direct", "error");
}

二、死信交换机
成为死信（dead letter）的条件：

消费者使用basic.reject或 basic.nack声明消费失败，并且消息的requeue参数设置为false
消息是一个过期消息，超时无人消费
要投递的队列消息满了，无法投递

如果这个包含死信的队列配置了dead-letter-exchange属性，指定了一个交换机，那么队列中的死信就会投递到这个交换机中。而这个交换机称为死信交换机（Dead Letter Exchange，简称DLX）
当队列还含有死信交换机与死信队列绑定的RoutingKey时，那么才能确保投递的消息能到达死信交换机，并且正确的路由到死信队列。

TTL（Time-To-Live）
一个队列中的消息如果超时未消费，则会变为死信，超时分为两种情况

  - 消息本身设置了超时时间
  - 消息所在的队列设置了超时时间

当队列、消息都设置了TTL时，任意一个到期就会成为死信

延迟队列
利用TTL结合死信交换机，实现了消息发出后，消费者延迟收到消息的效果。这种消息模式就称为延迟队列（Delay Queue）模式
延迟队列的使用场景包括：

延迟发送短信
用户下单，如果用户在15 分钟内未支付，则自动取消
预约工作会议，20分钟后自动通知所有参会人员

DelayExchange插件：
RabbitMQ的官方推出的原生支持延迟队列效果的插件
RabbitMQ的插件列表页面：https://www.rabbitmq.com/community-plugins.html
使用方式官网地址：https://blog.rabbitmq.com/posts/2015/04/scheduling-messages-with-rabbitmq
安装：RabbitMQ部署指南.md
其工作原理：
DelayExchange需要将一个交换机声明为delayed类型。当我们发送消息到delayExchange时，流程如下：

  - 接收消息
  - 判断消息是否具备x-delay属性
  - 如果有x-delay属性，说明是延迟消息，持久化到硬盘，读取x-delay值，作为延迟时间
  - 返回routing not found结果给消息发送者
  - x-delay时间到期后，重新投递消息到指定队列

延迟队列插件的使用步骤
步骤一：声明一个交换机，添加delayed属性为true

步骤二：发送消息时，添加x-delay头，值为超时时间

三、惰性队列
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
https://blog.csdn.net/cuibin1991/article/details/107930479
两种解决思路：

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
扩大队列容积，提高堆积上限（不可行）
使用惰性队列，可以再mq中保存更多消息（下面增加的一种方案）

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

②基于@Bean声明lazy-queue

③基于@RabbitListener声明LazyQueue

惰性队列的优点

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

基于磁盘存储，消息时效性会降低
性能受限于磁盘的IO

四、MQ集群（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集群分类：
普通集群【标准集群（classic cluster）】：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。
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

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。
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
  - 主节点宕机后，镜像节点会替代成新的主节点

仲裁队列：
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，推出了新的功能来代替镜像集群，底层采用Raft协议确保主从的数据一致性。
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