RocketMQ掃盲篇

2020 年 10 月 20 日
筆記

本篇博客主要參考：
《淺入淺出》-RocketMQ 敖丙
APACHE-RocketMQ Gitee RocketMQ官方文檔
RocketMQ 實戰與進階 GitChat

又是好久沒有寫博客了，雖然可以找出無數個沒有寫的博客的理由，但是說到底，還是一個字「懶」。今天我終於吃了一顆治療懶癌的藥丸，決定寫一篇博客。介紹什麼好呢，思來想去，還是介紹下RocketMQ吧，畢竟寫了30多篇博客，還沒有好好寫過關於MQ的博客呢。本篇博客比較基礎，不涉及到源碼分析，只是掃盲。

MQ有什麼用

解耦

我覺得從某種角度來說，微服務促進了MQ的蓬勃發展，本來一個系統有N多個模塊，所有模塊都強耦合在一起，現在微服務了，一個模塊就是一個系統，系統之間肯定需要交互，交互有三種常見的方法，一種是RPC，一種是HTTP，一種就是MQ了。

異步

原本一個業務分為N步，要一步一步處理，才能把最終的結果返回給用戶，現在有了MQ，先把最關鍵的部分處理完畢，然後發送消息到MQ，直接返回給用戶OK，至於後面的步驟在後台慢慢處理吧，真乃提升用戶體驗的神器。

削峰

某個接口的請求量突然飆升，勢必會對應用服務器、數據庫服務器造成很大的壓力，現在有了MQ，來多少請求都不在怕的，後台慢慢處理唄。

RocketMQ簡介

RocketMQ是用Java編寫的，是阿里開源的消息中間件，吸收了Kafka很多優點。Kafka也是比較熱門的消息中間件，不過Kafka是用Scala編寫的，不利於Java程序員去閱讀源碼，也不利於Java程序員做一些定製化的開發。接觸過Kafka的小夥伴都知道，要用好Kafka實屬不易，相對來說，RocketMQ簡單多了，而且RocketMQ有阿里加持，經歷了N次雙11的考驗，比較適合國內互聯網公司，所以國內使用RocketMQ的公司很多。

RocketMQ四大組件

圖片來自//gitee.com/mirrors/rocketmq/blob/master/docs/cn/architecture.md

可以看到RocketMQ主要有四個組件：

NameServer

無狀態服務，註冊中心，可集群部署，但是NameServer節點之間沒有任何數據交互。
Borker會以定時把Topic路由信息上報給所有的NameServer。Producer、Consumer會隨機選擇一個NameServer定時Topic更新路由信息。
Topic路由信息在NameServer集群中採用最終一致性。
保證AP。

Borker

RocketMQ的服務端，用於存儲消息、分發消息。
Borker會定時把自身擁有的所有的Topic路由信息上報給NameServer。
Borker有兩個角色：Master、Follower，Master承擔讀（消費消息）寫（生產消息）操作，如果Master比較忙，或者不可用，Follower可以承擔讀操作。BorkerId=0，代表是Matser，BorkerId!=0，代表是Follower，需要注意的有兩點：
其一，目前為止，BorkerId=1的Follower才可以承擔讀操作；
其二，只有較高版本的RocketMQ才支持當Master節點掛掉，Follower自動升級到Master。

Producer

生產者，每隔一定時間向NameServer發起Topic的路由信息查詢。

Consumer

消費者，每隔一定時間向NameServer發起Topic的路由信息查詢。

為什麼註冊中心不選用Zookeeper

其實，在低版本的RocketMQ中，確實是選用Zookeeper作為註冊中心的，但是後面改成了現在的NameServer，猜想主要原因是：

RocketMQ已經是一個中間件了，不想再依賴其他中間件。
Zookeeper比較重，有很多功能RocketMQ是用不到的，不如寫一個輕量級的註冊中心。
Zookeeper是CP，一旦觸發領導選舉，那麼註冊中心就不可用了，而RocketMQ的註冊中心，不需要強一致性，只要保證最終一致性。

RocketMQ消息領域模型

Message

傳輸的消息。
消息必須有Topic。
消息可以有多個Tag和多個Key，可以看做消息的附加屬性。

Topic

一類消息的集合。
每個消息必須有一個Topic。
消息的第一級類型。

Group

分為ProducerGroup，ConsumerGroup，我們更多的是關注ConsumerGroup，ConsumerGroup包含多個Consumer。

在集群消費模式下，一個ConsumerGroup下的Consumer共同消費一個Topic，且每個Consumer會被分配到N個隊列，但是一個隊列只會被一個Consumer消費，不同的ConsumerGroup可以消費同一個Topic，一條消息會被訂閱此Topic的所有ConsumerGroup消費。

Queue

一個Topic默認包含四個Queue。
在集群消費模式下，同一個ConsumerGroup中的Consumer可以消費多個Queue的消息，但是一個Queue只能被一個Consumer消費。
Queue中的消息是有序的。
分為讀Queue和寫Queue，一般來說，讀Queue的數量和寫Queue的數量是一致的，否則很容易出問題。

消費模式

消費模式有兩種：Clustering（集群消費）和Broadcasting（廣播消費）。

和其他MQ不同，其他MQ是在發送消息的時候，指定是集群消費還是廣播消費，RocketMQ是在消費者端設置是集群消費還是廣播消費。

Clustering（集群消費）

默認情況下是集群消費模式，該模式下，ConsumerGroup所有的Consumer共同消費一個Topic的消息，每個Consumer負責消費N個隊列的消息（N也可能為1，甚至是0，沒有分配到隊列），但是一個隊列只會被一個Consumer消費。如果某個Consumer掛掉，ConsumerGroup下的其他Consumer會接替掛掉的Consumer繼續消費。

集群消費模式下，消費進度維護在Borker端，存儲路徑為${ROCKET_HOME}/store/config/ consumerOffset.json，如下圖所示：

使用topicName@consumerGroupName為Key，消費進度為Value，Value的形式是queueId:offset ，說明如果有多個ConsumerGroup，每個ConsumerGroup的消費進度是不同的，需要分開來存儲。

Broadcasting（廣播消費）

廣播消費消息會發給ConsumerGroup中所有的Consumer。

廣播消費模式下，消費進度維護在Consumer端。

消費隊列負載算法與重平衡機制

消費隊列負載算法

我們知道了在集群消費模式下，ConsumerGroup下所有的Consumer共同消費一個Topic的消息，每個Consumer負責消費N個隊列的消息，那麼具體是如何分配的呢？這就涉及到消費隊列負載算法了。

RocketMQ提供了眾多的消費隊列負載算法，其中最常用的是兩種算法，即AllocateMessageQueueAveragely、AllocateMessageQueueAveragelyByCircle。下面我們來看下這兩個算法的區別。

假設，現在一個Topic有16個隊列，用q0~q15表示，有3個Consumer，用c0-c2表示。

用AllocateMessageQueueAveragely消費隊列負載算法的結果如下：

c0：q0 q1 q2 q3 q4 q5
c1：q6 q7 q8 q9 q10
c2：q11 q12 q13 q14 q15

用AllocateMessageQueueAveragelyByCircle消費隊列負載算法的結果如下：

c0：q0 q3 q6 q9 q12 q15
c1：q1 q4 q7 q10 q13
c2：q2 q5 q8 q11 q14

ConsumerGroup下所有的Consumer共同消費一個Topic的消息，每個Consumer負責消費N個隊列的消息，但是一個隊列不能同時被N個Consumer消費，這意味着什麼？

聰明的你一定可以想到，如果一個Topic只有4個隊列，而有5個Consumer，那麼有一個Consumer將不能分配到任何隊列，所以在RocketMQ中，Topic下隊列的個數直接決定了Consumer的最大個數，也就說明，不能光靠增加Consumer來提高消費速度。

重平衡

雖然建議在創建Topic的時候，就應該充分考慮隊列的個數，但是實際情況往往是不盡人意的，哪怕隊列數沒有發生改變，Consumer的數量也一定會發生改變，比如Consumer的上下線，比如某個Consumer掛了，比如新增了Consumer。隊列的擴容、縮容，Consumer的擴容、縮容都會導致重平衡，也就是為Consumer重新分配消費的隊列。

在RocketMQ中，Consumer會定時查詢Topic的隊列的個數，Consumer的個數，如果發生了改變，就會觸發重平衡。

重平衡是RocketMQ內部實現的，程序員無需關心。

Pull OR Push？

一般來說，MQ有兩種方法獲取消息：

Pull：Consumer主動拉取消息，好處是Consumer可以控制拉取消息的頻率，條數，Consumer知道自身的消費能力，所以在Consumer端不容易造成消息堆積，但是實時性不是太好，效率相對較低。
Push：Broker主動發送消息，好處是實時性、效率比較高，但是Broker無法知道Consumer端的消費能力，如果發給Consumer的消息過多，會造成Consumer端的消息堆積；如果發給Consumer的數據太少，又會造成Consumer端的空閑。

不管是Pull，還是Push，Consumer總會與Broker產生交互，交互的方式一般有短連接、長連接、輪詢三種方式。

看起來，RocketMQ支持既支持Pull，也支持Push，但是實際上Push也是用Pull實現的，那麼Consumer是怎麼與Broker產生交互的呢？

這就是RocketMQ設計的巧妙的地方了，既不是短連接，也不是長連接，也不是輪詢，而是採用的長輪詢。

長輪詢

Consumer發起拉取消息的請求，分為兩種情況：

有消息：Consumer拿到消息後，連接斷開。
沒有消息：Borker Hold（保持）住連接一定時間，每隔5秒，檢查下是否有消息，如果有消息，給Consumer，連接斷開。

事務消息

RocketMQ支持事務消息，Producer把事務消息發送給Broker後，Broker會把消息存儲在系統Topic：RMQ_SYS_TRANS_HALF_TOPIC，這樣Consumer就無法消費到這條消息了。

Broker會有一個定時任務，消費RMQ_SYS_TRANS_HALF_TOPIC的消息，向Producer發起回查，回查的狀態有三種：提交、回滾、未知。

如果回查的狀態是提交，回滾，會觸發消息的提交和回滾；
如果是未知，會等待下一次回查，RocketMQ可以設置一條消息的回查間隔與回查次數，超過一定的回查次數，消息會自動回滾。

延遲消息

延遲消息是指息發到Broker後，不能立刻被Consumer消費，需要等待一定的時間才可以被消費到，RocketMQ只支持特定的延遲時間：1s 5s 10s 30s 1m 2m 3m 4m 5m 6m 7m 8m 9m 10m 20m 30m 1h 2h。

消費形式

RocketMQ支持兩種消費形式：並發消費、順序消費。
如果是順序消費，需要保證排序的消息在同一個隊列。如何選擇隊列發送呢，RocketMQ發送消息的方法有好幾個重載，其中有一個重載方法支持隊列的選擇。

同步刷盤、異步刷盤

Producer把消息發送到Borker中，Borker是需要把消息持久化的，RocketMQ支持兩種持久化策略：

同步刷盤：Borker把消息持久後才返回ACK給Producer，好處是消息可靠性高，但是效率較慢。
異步刷盤：Broker把消息寫入到PageCache中，就返回ACK給Producer。好處是效率極高，但是如果服務器掛了，消息可能會丟失，如果只是RocketMQ服務掛了，不會造成消息丟失。

同步複製、異步複製

為了MQ的可靠性、可用性，在生產環境，一般會部署Follower節點，Follower節點會複製Master的數據，RocketMQ支持兩種持複製策略：

同步複製：Master、Follower都把消息寫入成功，才返回ACK給Producer，可靠性較高，但是效率較慢。
異步複製：只要Master寫入成功，就返回ACK給Producer，效率較高，但是可能會丟失消息。

“寫入”是寫入PageCache，還是寫入硬盤，要看Follower Broker的配置。

再談談Producer

RocketMQ提供了三種發送消息的方法：

oneway：fire and forget，單向消息，指消息發送出去後，就不管了，這個方法是沒有返回值的。
同步：消息發送出去後，同步等待Borker的響應。
異步：消息發送出去後，立即返回，收到Boker的響應後，會執行函調方法。

在實際開發中，一般選用同步方法，如果要提高RocketMQ的性能，一般都是修改Borker端的參數，特別是刷盤策略和複製策略。

發送消息重試

消息發送時，如果使用了MessageQueueSelector，那消息發送的重試機制將會失效。

發送消息響應可能為以下四種：

public enum SendStatus {
    SEND_OK,
    FLUSH_DISK_TIMEOUT,
    FLUSH_SLAVE_TIMEOUT,
    SLAVE_NOT_AVAILABLE,
}

除了第一種，其他情況都是有問題的，為了保證消息不丟失，需要設置Producer參數：RetryAnotherBrokerWhenNotStoreOK為true。

故障規避機制

如果消息發送失敗了，重試的時候，還是發送給這個Borker，那麼大概率發送還是失敗的，RockteMQ設計精巧之處在於，重試的時候，會自動避開這個Borker，而選擇其他Borker，但是目前為止，異步發送沒有那麼智能，只會在一個Borker上重試，所以強烈建議選擇同步發送方式。

RocketMQ提供了兩種故障規避機制。用參數SendLatencyFaultEnable來控制。

false：默認值，只有在重試的時候，才會啟用故障規避機制，比如發送消息給BorkerA失敗了，重試的時候，會選擇BorkerB，但是下次發送消息，還是會選擇發送給BorkerA。
true：開啟延遲退避機制，一旦消息發送給BorkerA失敗，就會悲觀的認為在一段時間內，BorkerA不可用，在將來的一段時間內，不會再向BorkerA發送消息。

延遲退避機制看起來很好用，但是一般來說Borker端繁忙，導致Borker不可用或者網絡不可用只是一瞬間的事情，馬上就可以恢復，如果開啟了延遲退避機制，本來可用的Borker在一段時間內卻被規避了，其他Borker更加繁忙，那可能情況更糟糕。

再談談Consumer

Consumer線程注意事項

Consumer有兩個參數，可以消費的並行度，即ConsumeThreadMin、ConsumeThreadMax，看起來給人的感覺是，如果Consumer端堆積消息比較少，消費線程數為ConsumeThreadMin；如果Consumer端堆積消息比較多，就自動開啟新的線程來消費，直到消費線程數為ConsumeThreadMax。但是並不是這樣，Consumer內部持有一個線程池，選用的是無界隊列，也就是ConsumeThreadMax參數是無效的，所以在實際開發中，ConsumeThreadMin、ConsumeThreadMax往往設置成一樣。

ConsumeFromWhere

如果查詢不到消費進度的時候，Consumer從哪裡開始消費，RocketMQ支持從最新消息、最早消息、指定時間戳這三種方式進行消費。

消費消息重試

RocketMQ會為每個ConsumerGroup都設置一個Topic名稱為%RETRY%+consumerGroup的重試隊列，用來保存需要給ConsumerGroup重試的消息，但是重試需要一定的延時時間，RocketMQ對於重試消息的處理是先保存至Topic名稱為SCHEDULE_TOPIC_XXXX的延遲隊列中，後台定時任務按照對應的時間進行Delay後重新保存至%RETRY%+consumerGroup的重試隊列中。

消息堆積、消費能力不夠，怎麼辦

提高消費進度，這是最好的辦法。
增加隊列，增加Consumer。
原先的Consumer作為搬磚工，根據一定的規則把消息「搬」到多個新的Topic，再開幾個ConsumerGroup去消費不同的Topic。
新開一個ConsumerGroup去消費，也就是兩個ConsumerGroup同時消費一個Topic，但是需要注意offset的判斷，比如一個ConsumerGroup消費offset為奇數的消息，一個ConsumerGroup消費offset為偶數的消息。

本來以為寫掃盲文，應該會寫的很順，但是還是想多了，因為是掃盲文，面向的是沒有怎麼接觸過RocketMQ的小夥伴，但是RocketMQ有沒有那麼簡單，不可能用一篇博客，就讓沒有怎麼接觸過RocketMQ的小夥伴順利入門，所以在寫博客的時候，一直在想，這個東西重要嗎，需要仔細描述嗎；這個東西可以忽視，可以不介紹嗎等等，大家可以看到本文基本都是在介紹各種概念，幾乎沒有涉及到API的層面，因為一旦涉及到API，那麼估計寫兩個星期也寫不完。