RabbitMQ

YangeIT大约 22 分钟基础服务框架MQ同步异步RabbitMQ交换机

RabbitMQ

课程内容

  • 了解同步和异步通讯的优缺点 ❤️ 🍐
  • 了解各种MQ技术的优缺点
  • 能利用SpringAMQP收发消息❤️
  • 能基于@Bean声明队列、交换机、绑定关系❤️
  • 能基于@RabbitListener声明队列、交换机、绑定关系❤️
  • 能配置SpringAMQP的消息转换器

知识储备

  1. 理解同步和异步的概念

1.初识MQ

1.1.同步和异步通讯 ❤️ 🍐

初识MQ

同步和异步通讯

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,需要实时响应。
  • 异步通讯:就像发邮件,不需要马上回复。
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两种方式各有优劣,打电话可以立即得到响应同步通讯,但是你却不能跟多个人同时通话 。发送邮件可以同时与多个人收发邮件异步通讯,但是往往响应会有延迟。

同步通讯

我们之前学习的Feign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:

同步通讯存在的问题
同步通讯存在的问题

总结:👇

同步调用的优点:

  • 时效性较强,可以立即得到结果

同步调用的问题:

  • 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

1.2 消息队列解决方案 🍐

消息队列解决方案

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:

RabbitMQActiveMQ👇RocketMQKafka
公司/社区RabbitApache阿里Apache
开发语言ErlangJavaJavaScala&Java
协议支持AMQP,XMPP,SMTP,STOMPOpenWire,STOMP,REST,XMPP,AMQP自定义协议自定义协议
可用性一般
单机吞吐量一般非常高
消息延迟微秒级毫秒级毫秒级毫秒以内
消息可靠性一般一般

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

总结

  • 同步调用的优点:
    • 时效性较强,可以立即得到结果
  • 同步调用的问题:
    • 耦合度高,违背开闭原则
    • 性能和吞吐能力下降
    • 有额外的资源消耗
    • 有级联失败问题
  • 异步通信的优点:
    • 耦合度低
    • 吞吐量提升
    • 故障隔离
    • 流量削峰
  • 异步通信的缺点:
    • 依赖于Broker的可靠性、安全性、吞吐能力
    • 架构复杂了,业务没有明显的流程线,不好追踪管理

2.MQ快速入门 ✏️ ❤️

2.1安装RabbitMQ

前言

安装RabbitMQ,参考课前资料点击图片,查看详情

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MQ的基本结构:

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RabbitMQ中的一些角色:

  • publisher:生产者
  • consumer:消费者
  • exchange: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

总结

  1. RabbitMQ中的几个概念:
    1. channel:操作MQ的工具
    2. exchange:路由消息到队列中
    3. queue:缓存消息
    4. virtual host:虚拟主机,是对queue、exchange等资源的逻辑分组

2.2 MQ快速入门

MQ快速入门

简单队列模式的模型图:

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官方的HelloWorld是基于最基础的消息队列模型来实现的,只包括三个角色:

  • 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

导入Demo工程

课前资料提供了一个Demo工程,mq-demo:

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导入后可以看到结构如下:

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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

注意:一般程序报 :程序包 xxx.xxx.xxx 不存在问题,直接委托给maven进行构建

总结

  1. 最基础的消息队列模型包括三个角色:
    • 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
  2. 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
  3. 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

3.SpringAMQP 🍐✏️ ❤️

3.0.SpringAMQP定义和功能

SpringAMQP定义和功能

SpringAMQP是基于RabbitMQ封装的一套模板,并且还利用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-amqpopen in new window

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SpringAMQP提供了三个功能:

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

总结

标准、优雅、规范、简洁

3.1.Basic Queue 简单队列模型

Basic Queue 简单队列模型

业务场景:

  • 排队系统:用于创建简单的排队系统,例如用户支持请求的排队处理

代码操作

1.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>

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: 192.168.138.129 # 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

@SpringBootTest
public class SpringAmqpTest {

    @Autowired
    private RabbitTemplate rabbitTemplate;

    @Test
    public void testSimpleQueue() {
        // 队列名称
        String queueName = "simple.queue";
        // 消息
        String message = "hello, spring amqp!";
        // 发送消息
        rabbitTemplate.convertndSend(queueName, message);
    }
}




 








 


总结

  1. SpringAMQP如何接收消息?
    1. 引入amqp的starter依赖
    2. 配置RabbitMQ地址
    3. 定义类,添加@Component注解
    4. 类中声明方法,添加@RabbitListener注解,方法参数是消息
    5. 注意:消息一旦消费就会从队列删除,RabbitMQ没有消息回溯功能阅后即焚

课堂作业

🚩 1. 导入入门案例,并根据上述步骤完成简单队列模型

3.2.WorkQueue

WorkQueue

Work queues也被称为(Task 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

Work queues
Work queues

业务场景:

  1. 并行任务处理:适用于需要处理大量任务的场景,多个工作者并发处理任务,确保任务在短时间内完成。例如,电子邮件队列处理、图像处理任务等。
  2. 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. 负载均衡:用于平均分配任务到可用的工作者,确保每个工作者具有相似的负载。

如银行的叫号系统

代码演示

1.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。
     * 连续发送50条消息,每隔20毫秒
     */
@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);
        Thread.sleep(20);
    }
}

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

3.3.发布/订阅

发布/订阅

发布订阅的模型如图:

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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X(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

3.3.1.Fanout

Fanout

Fanout 英文翻译是扇出,我觉得在MQ中叫广播更合适。

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在广播模式下,消息发送流程是这样的:

  • 1) 可以有多个队列
  • 2) 每个队列都要绑定到Exchange(交换机)
  • 3) 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
  • 4) 交换机把消息发送给绑定过的所有队列
  • 5) 订阅队列的消费者都能拿到消息

业务场景:

  • 实时通知:用于向多个订阅者广播实时通知、事件或更新。例如,社交媒体平台上的关注者通知,新闻订阅服务。
  • 日志和监控:用于将应用程序的日志和性能数据广播到多个订阅者,以进行分析和监控。

代码操作

核心步骤

  • 创建一个交换机yange.fanout,类型是Fanout
  • 创建两个队列fanout.queue1和fanout.queue2,绑定到交换机yange.fanout
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声明队列和交换机

Spring提供了一个接口Exchange,来表示所有不同类型的交换机:

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1.在consumer中创建一个类,声明队列和交换机:

package cn.itcast.mq.config;

@Configuration
public class FanoutConfig {
    /**
     * 声明交换机
     * @return Fanout类型交换机
     */
    @Bean
    public FanoutExchange fanoutExchange(){
        return new FanoutExchange("itcast.fanout");
    }

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

    /**
     * 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 bindingQueue1(Queue fanoutQueue1, FanoutExchange fanoutExchange){
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue1).to(fanoutExchange);
    }

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




 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


















总结

交换机的作用是什么?

  • 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

声明队列、交换机、绑定关系的Bean是什么?

  • Queue
  • FanoutExchange
  • Binding

课堂作业

流利的说出这种模型的应用场景

3.3.2.Direct

Direct

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。

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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

如:医院的叫号系统

代码操作

案例需求如下

  1. 利用@RabbitListener声明Exchange、Queue、RoutingKey
  2. consumer服务中,编写两个消费者方法,分别监听direct.queue1direct.queue2
  3. publisher中编写测试方法,向yange. direct发送消息
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1.基于注解声明队列和交换机

基于@Bean的方式声明队列和交换机比较麻烦,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 + "】");
}
 
 
 
 
 




 
 
 
 
 



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
  • 如果多个队列具有相同的RoutingKey,则与Fanout功能类似

基于@RabbitListener注解声明队列和交换机有哪些常见注解?

  • @Queue
  • @Exchange

课堂作业

流利的说出此种模型的应用场景

3.3.3.Topic

Topic说明

Topic类型ExchangeDirect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:

  • item.#:能够匹配item.spu.insert 或者 item.spu
  • item.*:只能匹配item.spu

图示:

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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

业务场景:

  • 多维度订阅:适用于根据不同的主题规则订阅感兴趣的消息。例如,新闻发布系统允许用户按主题(体育、政治、科技等)进行订阅。
  • 事件驱动架构:用于构建事件驱动的架构,允许多个组件根据它们感兴趣的主题进行事件订阅。

案例需求:

利用SpringAMQP演示TopicExchange的使用 🎯

实现思路如下:

  1. 并利用@RabbitListener声明Exchange、Queue、RoutingKey
  2. consumer服务中,编写两个消费者方法,分别监听topic.queue1和topic.queue2
  3. publisher中编写测试方法,向yange.topic发送消息
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代码操作

1.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 = "yange.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);
}

总结

描述下Direct交换机与Topic交换机的差异?

  • Topic交换机接收的消息RoutingKey必须是多个单词,以 **.** 分割
  • 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

课堂作业

流利的说出此种数据类型的应用场景

3.4.消息转换器 🍐✏️

消息转换器

之前说过,Spring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

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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

代码操作

1.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:

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面试题

基础级别:

  • 什么是RabbitMQ?它的主要作用是什么?
  • RabbitMQ中的主要组件是什么?请解释它们的作用。
  • RabbitMQ与传统消息队列系统(如ActiveMQ、Kafka)有什么不同之处?
  • RabbitMQ消息传递模型是什么?讨论一下点对点和发布/订阅模式。
  • 什么是队列和交换机?它们之间有什么区别?

中级级别:

  • RabbitMQ支持哪些消息协议?解释其中一个协议(AMQP)的重要性。
  • 如何在RabbitMQ中确保消息的可靠性传递?

高级级别:

  • RabbitMQ的集群是什么,为什么要使用集群?
  • RabbitMQ的高可用性是如何实现的?讨论镜像队列和集群的作用。
  • 如何在RabbitMQ中处理消息的优先级?
  • RabbitMQ可以与Spring应用程序集成吗?如果可以,请解释如何集成。
  • 谈谈您在使用RabbitMQ时遇到的一些挑战以及如何解决它们。