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RabbitMq 基础

文章目录

一、初识 MQ

1.1 同步调用：

我们观察下，下面这个余额支付功能的流程图：

image-20241128143225761

如果我们采用的是基于 OpenFeign 的同步调用，也就是说业务执行流程是这样的：

  • 支付服务需要先调用用户服务完成余额扣减。
  • 然后支付服务自己要更新支付流水单的状态。
  • 然后支付服务调用交易服务，更新业务订单状态为已支付。

三个步骤依次执行。

这其中就存在3个问题：

  1. 拓展性差：

我们目前的业务相对简单，但是随着业务规模扩大，产品的功能也在不断完善。

在大多数电商业务中，用户支付成功后都会以短信或者其它方式通知用户，告知支付成功。假如后期产品经理提出这样新的需求，你怎么办？是不是要在上述业务中再加入通知用户的业务？

某些电商项目中，还会有积分或金币的概念。假如产品经理提出需求，用户支付成功后，给用户以积分奖励或者返还金币，你怎么办？是不是要在上述业务中再加入积分业务、返还金币业务？

最终你的支付业务会越来越臃肿：

image-20241128143524312

也就是说每次有新的需求，现有支付逻辑都要跟着变化，代码经常变动，不符合开闭原则，拓展性不好。

  1. 性能下降：

由于我们采用了同步调用，调用者需要等待服务提供者执行完返回结果后，才能继续向下执行，也就是说每次远程调用，调用者都是阻塞等待状态。最终整个业务的响应时长就是每次远程调用的执行时长之和：

image-20241128143701876

假如每个微服务的执行时长都是 50ms，则最终整个业务的耗时可能高达 300ms，性能太差了。

  1. 级联失败：

由于我们是基于 OpenFeign 调用交易服务、通知服务。当交易服务、通知服务出现故障时，整个事务都会回滚，交易失败。

这其实就是同步调用的级联失败问题。

不能因为短信通知、更新订单状态失败而回滚整个事务（这些都不是支付服务的主线任务）。

而要解决这些问题，我们就必须用异步调用的方式来代替同步调用。

1.2 异步调用：

异步调用方式其实就是基于消息通知的方式，一般包含三个角色：

  • 消息发送者：投递消息的人，就是原来的调用方。
  • 消息Broker：管理、暂存、转发消息。
  • 消息接收者：接收和处理消息的人，就是原来的服务提供方。

image-20241128144127753

还是以余额支付业务为例：

image-20241128144218877

除了扣减余额、更新支付流水单状态以外，其它调用逻辑全部取消。而是改为发送一条消息到 Broker。而相关的微服务都可以订阅消息通知，一旦消息到达 Broker，则会分发给每一个订阅了的微服务，处理各自的业务。

假如产品经理提出了新的需求，比如要在支付成功后更新用户积分。支付代码完全不用变更，而仅仅是让积分服务也订阅消息即可：

image-20241128144244787

不管后期增加了多少消息订阅者，作为支付服务来讲，执行问扣减余额、更新支付流水状态后，发送消息即可。业务耗时仅仅是这三部分业务耗时，仅仅 100ms，大大提高了业务性能。

另外，不管是交易服务、通知服务，还是积分服务，他们的业务与支付关联度低。现在采用了异步调用，解除了耦合，他们即便执行过程中出现了故障，也不会影响到支付服务。

综上，异步调用的优势包括：

  • 耦合度更低
  • 性能更好
  • 业务拓展性强
  • 故障隔离，避免级联失败

当然，异步通信也并非完美无缺，它存在下列缺点：

  • 完全依赖于 Broker 的可靠性、安全性和性能
  • 架构复杂，后期维护和调试麻烦

消息 Broker，目前常见的实现方案就是消息队列（MessageQueue），简称为 MQ。

下面我们就来进行 RabbitMQ 的学习。

二、RabbitMQ

RabbitMQ 是基于 Erlang 语言开发的开源消息通信中间件，官网地址：

https://www.rabbitmq.com/

接下来，我们就学习它的基本概念和基础用法。

安装：

基于 Docker 来安装 RabbitMQ，使用下面的命令即可：

docker run

-e RABBITMQ_DEFAULT_USER=itheima
-e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321
-v mq-plugins:/plugins
–name mq
–hostname mq
-p 15672:15672
-p 5672:5672
–network hm-net
-d
rabbitmq:3.8-management

可以看到在安装命令中有两个映射的端口：

  • 15672：RabbitMQ提供的管理控制台的端口
  • 5672：RabbitMQ的消息发送处理接口

安装完成后，我们访问 http://ip地址:15672即可看到管理控制台。首次访问需要登录，默认的用户名和密码在配置文件中已经指定了。

登录后即可看到管理控制台总览页面：

image-20241128144848440

RabbitMQ 对应的架构如图：

image-20241128144930936

其中包含几个概念：

  • publisher：生产者。
  • consumer：消费者。
  • queue：队列，存储消息。生产者投递的消息会暂存在消息队列中，等待消费者处理。
  • exchange：交换机，负责消息路由。生产者发送的消息由交换机决定投递到哪个队列。
  • virtual host：虚拟主机，起到数据隔离的作用。每个虚拟主机相互独立，有各自的 exchange、queue。这个就像一个 mysql 有多个数据库每个数据库有自己的表。

在 MQ 的客户端也可以实现收发消息，比较简单，所以这里跳过。

三、SpringAMQP

将来我们开发业务功能的时候，肯定不会在控制台收发消息，而是应该基于编程的方式。由于RabbitMQ采用了 AMQP 协议，因此它具备跨语言的特性。任何语言只要遵循 AMQP 协议收发消息，都可以与RabbitMQ交互。并且RabbitMQ官方也提供了各种不同语言的客户端。

但是，RabbitMQ 官方提供的 Java 客户端编码相对复杂，一般生产环境下我们更多会结合 Spring 来使用。而 Spring 的官方刚好基于RabbitMQ 提供了这样一套消息收发的模板工具：SpringAMQP。并且还基于 SpringBoot 对其实现了自动装配，使用起来非常方便。

SpringAmqp 的官方地址：

https://spring.io/projects/spring-amqp

SpringAMQP 提供了三个功能：

  • 自动声明队列、交换机及其绑定关系。
  • 基于注解的监听器模式，异步接收消息。
  • 封装了 RabbitTemplate 工具，用于发送消息。

3.1 依赖和配置文件

要进行下面的操作，首先我们需要引入相关依赖：

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

其次进行配置文件：

在application.yml中添加配置：

spring:
  rabbitmq:
    host: xxxxx # 你的虚拟机IP
    port: 5672 # 端口
    virtual-host: /hmall # 虚拟主机
    username: hmall # 用户名
    password: 123 # 密码

注意：不论是消息的发送者还是消息的接收者都需要进行上面的配置。

3.2 消息发送和接收：

3.2.1 消息发送：

利用RabbitTemplate实现消息发送，RabbitTemplate 在我们引入依赖和配置完文件启动项目就自动创建了，我们直接进行依赖注入即可。

下面的代码中，没有实现交换机，因为比较复杂，我们下面讲，这里其实就是感受 RabbitTemplate 的使用。队列需要我们在 MQ 控制台手动创建。

public class SpringAmqpTest {

    @Autowired
    private RabbitTemplate rabbitTemplate;

    public 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);
    }
}
3.2.2 消息接收：
@Component
public class SpringRabbitListener {
    // 利用RabbitListener来声明要监听的队列信息
    // 将来一旦监听的队列中有了消息，就会推送给当前服务，调用当前方法，处理消息。
    @RabbitListener(queues = "simple.queue")
    public void listenSimpleQueueMessage(String msg) throws InterruptedException {
        System.out.println("spring 消费者接收到消息：【" + msg + "】");
    }
}

注意：消息接收的方法参数类型要和消息的发送的参数类型一致。例如上面都是 String 类型。

3.3 WorkQueues 模型：

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。

image-20241128155740962

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，同一条消息只会被一个消费者处理，这样，消息处理的速度就能大大提高了。

不过在 RabbitMQ 中该模型还存在一个问题：消息是平均分配给每个消费者，并没有考虑到消费者的处理能力。

这显然是不合理的。

改进：

在spring中有一个简单的配置，可以解决这个问题，在 application.yml 文件中添加配置：

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

这样就能实现能者多劳的效果，充分利用了每一个消费者的处理能力，可以有效避免消息积压问题。

总结：

Work模型的使用：

  • 多个消费者绑定到一个队列，同一条消息只会被一个消费者处理。
  • 通过设置prefetch来控制消费者预取的消息数量。

3.4 交换机类型：

在之前的案例中，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：

image-20241128161013810

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。
  • 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。

我们这里讲解前面三种交换机。

3.4.1 Fanout 交换机：

在广播模式下，消息发送流程是这样的：

image-20241128162202662

总结：

交换机的特点：

  • 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。
3.4.2 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。

image-20241128162611237

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。

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 Direct 交换机绑定的多个队列具有相同的 RoutingKey，则与 Fanout 功能类似。
3.4.3 Topic 交换机：

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 一般都是由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 0 个或多个词。
  • *：匹配不多不少恰好 1 个词。

image-20241128163534062

总结：

描述下 Direct 交换机与 Topic 交换机的差异？

  • 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。

3.5 声明交换机和队列：

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。

**声明交换机和队列一般是消息的接收者来做的。**这里的背景是微服务，消息的发送者和接收者一般是在不同的项目里面。

注意：如果项目中没有消费者（使用 @RabbitListener），可能创建交换机和队列会失败（MQ 上显示不出来，但是 spring 中对象成功创建），至于为什么会这样，我也不清楚，去网上找，问 AI 都没有这方面的资料。这个问题是我在项目中遇到的，解决了很久，算是比较小众的问题，如果有相同情况的友友，可以试试）。

3.5.1 使用 API：

SpringAMQP 提供了一个 Queue 类，用来创建队列：

image-20241128152047559

SpringAMQP 还提供了一个 Exchange 接口，来表示所有不同类型的交换机：

image-20241128152125575

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：

image-20241128152158873

而在绑定队列和交换机时，则需要使用 BindingBuilder 来创建 Binding 对象：

image-20241128152250590

3.5.1.1 fanout 示例：
package com.itheima.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.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
     */
    @Bean
    public FanoutExchange fanoutExchange(){
        return new FanoutExchange("hmall.fanout");
    }

    /**
     * 第1个队列
     */
    @Bean
    public Queue fanoutQueue1(){
        return new Queue("fanout.queue1");
    }

    /**
     * 绑定队列和交换机
     */
    @Bean
    public Binding bindingQueue1(Queue fanoutQueue1, FanoutExchange fanoutExchange){
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue1).to(fanoutExchange);
    }

    /**
     * 第2个队列
     */
    @Bean
    public Queue fanoutQueue2(){
        return new Queue("fanout.queue2");
    }

    /**
     * 绑定队列和交换机
     */
    @Bean
    public Binding bindingQueue2(Queue fanoutQueue2, FanoutExchange fanoutExchange){
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue2).to(fanoutExchange);
    }
}
3.5.1.2 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.itheima.consumer.config;

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

@Configuration
public class DirectConfig {

    /**
     * 声明交换机
     * @return Direct类型交换机
     */
    @Bean
    public DirectExchange directExchange(){
        return ExchangeBuilder.directExchange("hmall.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(Queue directQueue2, DirectExchange directExchange){
        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");
    }
}

由于 Topic 交换机的声明和 Direct 差不多，大家照着上面的 Direct ，修改一下类型就能成功创建，这里就不演示了。

3.5.2 使用注解：

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

3.5.2.1 fanout 示例:
@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
        value = @Queue(name = "fanout.queue1"),
        exchange = @Exchange(name = "hmall.fanout", type = ExchangeTypes.FANOUT)
))
public void listenFanoutQueue1(String msg){
    System.out.println("消费者1接收到fanout.queue1的消息：【" + msg + "】");
}

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
        value = @Queue(name = "fanout.queue2"),
        exchange = @Exchange(name = "hmall.fanout", type = ExchangeTypes.FANOUT)
))
public void listenFanoutQueue2(String msg){
    System.out.println("消费者2接收到fanout.queue2的消息：【" + msg + "】");
}
3.5.2.2 direct 示例：
@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "direct.queue1"),
    exchange = @Exchange(name = "hmall.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 = "hmall.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 + "】");
}

3.6 消息转化器：

convertAndSend 方法可以任意类型的消息。

image-20241128170230045

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。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

所以我们需要换一个消息转化器。

这里采用 JSON 方式来做序列化和反序列化。

在发送者和接受者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，在发送者和接受者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。

参考文献：

  • 黑马程序员

结语：
其实写博客不仅仅是为了教大家，同时这也有利于我巩固知识点，和做一个学习的总结，由于作者水平有限，对文章有任何问题还请指出，非常感谢。如果大家有所收获的话，还请不要吝啬你们的点赞收藏和关注，这可以激励我写出更加优秀的文章。

在这里插入图片描述

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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