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rabbitmq,rocketmq消息队列可提高系统可用性以及可扩展性

开发技术 开发技术 2022-10-06 次浏览

 rabbitmq,rocketmq消息队列可提高系统可用性以及可扩展性

 

 

一、消息队列概述

消息队列中间件是分布式系统中重要的组件,主要解决应用解耦,异步消息,流量削锋等问题,实现高性能,高可用,可伸缩和最终一致性架构。目前使用较多的消息队列有ActiveMQ,RabbitMQ,ZeroMQ,Kafka,MetaMQ,RocketMQ。这里主要介绍ActiveMQ、RabbitMQ、RocketMQ、Kafka四种消息队列。

ActiveMQ是Apache软件基金会所研发的开放源代码消息中间件;由于ActiveMQ是一个纯Java程序,因此只需要操作系统支持Java虚拟机,ActiveMQ便可执行。

RabbitMQ是使用Erlang语言开发的开源消息队列系统,基于AMQP协议来实现。AMQP的主要特征是面向消息、队列、路由(包括点对点和发布/订阅)、可靠性、安全。AMQP协议更多用在企业系统内,对数据一致性、稳定性和可靠性要求很高的场景,对性能和吞吐量的要求还在其次。

RocketMQ是阿里开源的消息中间件,它是纯Java开发,具有高吞吐量、高可用性、适合大规模分布式系统应用的特点。RocketMQ思路起源于Kafka,但并不是Kafka的一个Copy,它对消息的可靠传输及事务性做了优化,目前在阿里集团被广泛应用于交易、充值、流计算、消息推送、日志流式处理、binglog分发等场景。

Kafka是linkedin开源的MQ系统,主要特点是基于Pull的模式来处理消息消费,追求高吞吐量,一开始的目的就是用于日志收集和传输,0.8开始支持复制,不支持事务,适合产生大量数据的互联网服务的数据收集业务。

二、消息队列应用场景

以下介绍消息队列在实际应用中常用的使用场景。异步处理,应用解耦,流量削锋和消息通讯四个场景

2.1异步处理

场景说明:用户注册后,需要发注册邮件和注册短信。传统的做法有两种 1.串行的方式;2.并行方式
a、串行方式:将注册信息写入数据库成功后,发送注册邮件,再发送注册短信。以上三个任务全部完成后,返回给客户端。
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b、并行方式:将注册信息写入数据库成功后,发送注册邮件的同时,发送注册短信。以上三个任务完成后,返回给客户端。与串行的差别是,并行的方式可以提高处理的时间。

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假设三个业务节点每个使用50毫秒钟,不考虑网络等其他开销,则串行方式的时间是150毫秒,并行的时间可能是100毫秒。
因为CPU在单位时间内处理的请求数是一定的,假设CPU1秒内吞吐量是100次。则串行方式1秒内CPU可处理的请求量是7次(1000/150)。并行方式处理的请求量是10次(1000/100)
小结:如以上案例描述,传统的方式系统的性能(并发量,吞吐量,响应时间)会有瓶颈。如何解决这个问题呢?

引入消息队列,将不是必须的业务逻辑,异步处理。改造后的架构如下:

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按照以上约定,用户的响应时间相当于是注册信息写入数据库的时间,也就是50毫秒。注册邮件,发送短信写入消息队列后,直接返回,因此写入消息队列的速度很快,基本可以忽略,因此用户的响应时间可能是50毫秒。因此架构改变后,系统的吞吐量提高到每秒20 QPS。比串行提高了3倍,比并行提高了两倍。

2.2应用解耦

场景说明:用户下单后,订单系统需要通知库存系统。传统的做法是,订单系统调用库存系统的接口。如下图:
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传统模式的缺点:假如库存系统无法访问,则订单减库存将失败,从而导致订单失败,订单系统与库存系统耦合

如何解决以上问题呢?引入应用消息队列后的方案,如下图:
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订单系统:用户下单后,订单系统完成持久化处理,将消息写入消息队列,返回用户订单下单成功
库存系统:订阅下单的消息,采用拉/推的方式,获取下单信息,库存系统根据下单信息,进行库存操作
假如:在下单时库存系统不能正常使用。也不影响正常下单,因为下单后,订单系统写入消息队列就不再关心其他的后续操作了。实现订单系统与库存系统的应用解耦

2.3流量削锋

流量削锋也是消息队列中的常用场景,一般在秒杀或团抢活动中使用广泛。
应用场景:秒杀活动,一般会因为流量过大,导致流量暴增,应用挂掉。为解决这个问题,一般需要在应用前端加入消息队列。
a、可以控制活动的人数
b、可以缓解短时间内高流量压垮应用

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用户的请求,服务器接收后,首先写入消息队列。假如消息队列长度超过最大数量,则直接抛弃用户请求或跳转到错误页面。
秒杀业务根据消息队列中的请求信息,再做后续处理

2.4日志处理

日志处理是指将消息队列用在日志处理中,比如Kafka的应用,解决大量日志传输的问题。架构简化如下
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日志采集客户端,负责日志数据采集,定时写受写入Kafka队列
Kafka消息队列,负责日志数据的接收,存储和转发
日志处理应用:订阅并消费kafka队列中的日志数据 

2.5消息通讯

消息通讯是指,消息队列一般都内置了高效的通信机制,因此也可以用在纯的消息通讯。比如实现点对点消息队列,或者聊天室等
点对点通讯:
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客户端A和客户端B使用同一队列,进行消息通讯。

聊天室通讯:
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客户端A,客户端B,客户端N订阅同一主题,进行消息发布和接收。实现类似聊天室效果。

以上实际是消息队列的两种消息模式,点对点或发布订阅模式。模型为示意图,供参考。

三、消息中间件示例 

3.1电商系统
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消息队列采用高可用,可持久化的消息中间件。比如Active MQ,Rabbit MQ,Rocket Mq。
(1)应用将主干逻辑处理完成后,写入消息队列。消息发送是否成功可以开启消息的确认模式。(消息队列返回消息接收成功状态后,应用再返回,这样保障消息的完整性)
(2)扩展流程(发短信,配送处理)订阅队列消息。采用推或拉的方式获取消息并处理。
(3)消息将应用解耦的同时,带来了数据一致性问题,可以采用最终一致性方式解决。比如主数据写入数据库,扩展应用根据消息队列,并结合数据库方式实现基于消息队列的后续处理。

3.2日志收集系统
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分为Zookeeper注册中心,日志收集客户端,Kafka集群和Storm集群(OtherApp)四部分组成。
Zookeeper注册中心,提出负载均衡和地址查找服务
日志收集客户端,用于采集应用系统的日志,并将数据推送到kafka队列
Kafka集群:接收,路由,存储,转发等消息处理
Storm集群:与OtherApp处于同一级别,采用拉的方式消费队列中的数据

四、MQ消息队列比较与其优缺点

4.1单机吞吐量

ActiveMQ:万级,吞吐量比RocketMQ和Kafka要低了一个数量级
RabbitMQ:万级,吞吐量比RocketMQ和Kafka要低了一个数量级
RocketMQ:10万级,RocketMQ也是可以支撑高吞吐的一种MQ
Kafka:10万级别,这是kafka最大的优点,就是吞吐量高。一般配合大数据类的系统来进行实时数据计算、日志采集等场景
 

4.2topic数量对吞吐量的影响

RocketMQ:topic可以达到几百,几千个的级别,吞吐量会有较小幅度的下降,这是RocketMQ的一大优势,在同等机器下,可以支撑大量的topic。RocketMQ单机支持最高5万个队列,负载不会发生明显变化。
Kafka:topic从几十个到几百个的时候,吞吐量会大幅度下降,所以在同等机器下,kafka尽量保证topic数量不要过多。如果要支撑大规模topic,需要增加更多的机器资源。Kafka单机超过64个队列/分区,Load会发生明显的飙高现象,队列越多,load越高,发送消息响应时间变长。Kafka分区数无法过多的问题

 

4.3时效性

ActiveMQ:ms级。
RabbitMQ:微秒级,这是rabbitmq的一大特点,延迟是最低的。
RocketMQ:使用长轮询,同Push方式实时性一致,消息的投递延时通常在几个毫秒。ms级。
Kafka:使用短轮询方式,实时性取决于轮询间隔时间,0.8以后版本支持长轮询。延迟在ms级以内。

4.4可用性

ActiveMQ:高,基于主从架构实现高可用性
RabbitMQ:高,基于主从架构实现高可用性
RocketMQ:非常高,分布式架构
Kafka:非常高,kafka是分布式的,一个数据多个副本,少数机器宕机,不会丢失数据,不会导致不可用

 

4.5消息可靠性

ActiveMQ:有较低的概率丢失数据
RocketMQ:经过参数优化配置,可以做到0丢失
Kafka:经过参数优化配置,消息可以做到0丢失

 

4.6功能支持

ActiveMQ:MQ领域的功能极其完备
RabbitMQ:基于erlang开发,所以并发能力很强,性能极其好,延时很低
RocketMQ:MQ功能较为完善,还是分布式的,扩展性好
Kafka:功能较为简单,主要支持简单的MQ功能,在大数据领域的实时计算以及日志采集被大规模使用,是事实上的标准
 

4.7优劣势总结

ActiveMQ:非常成熟,功能强大,在业内大量的公司以及项目中都有应用,偶尔会有较低概率丢失消息,而且现在社区以及国内应用都越来越少,官方社区现在对ActiveMQ 5.x维护越来越少,几个月才发布一个版本,而且确实主要是基于解耦和异步来用的,较少在大规模吞吐的场景中使用

RabbitMQ:erlang语言开发,性能极其好,延时很低;吞吐量到万级,MQ功能比较完备,而且开源提供的管理界面非常棒,用起来很好用,社区相对比较活跃,几乎每个月都发布几个版本分在国内一些互联网公司近几年用rabbitmq也比较多一些,但是问题也是显而易见的,RabbitMQ确实吞吐量会低一些,这是因为他做的实现机制比较重。而且erlang开发,国内有几个公司有实力做erlang源码级别的研究和定制?如果说你没这个实力的话,确实偶尔会有一些问题,你很难去看懂源码,你公司对这个东西的掌控很弱,基本职能依赖于开源社区的快速维护和修复bug。而且rabbitmq集群动态扩展会很麻烦,不过这个我觉得还好。其实主要是erlang语言本身带来的问题。很难读源码,很难定制和掌控。

RocketMQ:接口简单易用,而且毕竟在阿里大规模应用过,有阿里品牌保障,日处理消息上百亿之多,可以做到大规模吞吐,性能也非常好,分布式扩展也很方便,社区维护还可以,可靠性和可用性都是ok的,还可以支撑大规模的topic数量,支持复杂MQ业务场景,而且一个很大的优势在于,阿里出品都是java系的,我们可以自己阅读源码,定制自己公司的MQ,可以掌控,社区活跃度相对较为一般,不过也还可以,文档相对来说简单一些,然后接口这块不是按照标准JMS规范走的有些系统要迁移需要修改大量代码,还有就是阿里出台的技术,你得做好这个技术万一被抛弃,社区黄掉的风险,那如果你们公司有技术实力我觉得用RocketMQ挺好的

Kafka:kafka的特点其实很明显,就是仅仅提供较少的核心功能,但是提供超高的吞吐量,ms级的延迟,极高的可用性以及可靠性,而且分布式可以任意扩展,同时kafka最好是支撑较少的topic数量即可,保证其超高吞吐量而且kafka唯一的一点劣势是有可能消息重复消费,那么对数据准确性会造成极其轻微的影响,在大数据领域中以及日志采集中,这点轻微影响可以忽略这个特性天然适合大数据实时计算以及日志收集。

对比总结表:

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