消息队列发展史
主流消息队列对比

一、RabbitMQ简介

MQ全称是Message Queue，可以理解为消息队列的意思，简单来说就是消息以管道的方式进行传递。

什么是消息队列

我们可以把消息队列比作是一个存放消息的容器，当我们需要使用消息的时候可以取出消息供自己使用。消息队列是分布式系统中重要的组件，使用消息队列主要是为了通过异步处理提高系统性能和削峰、降低系统耦合性。目前使用较多的消息队列有ActiveMQ，RabbitMQ，Kafka，RocketMQ，我们后面会一一对比这些消息队列。
另外，我们知道队列 Queue 是一种先进先出的数据结构，所以消费消息时也是按照顺序来消费的。比如生产者发送消息1,2,3…对于消费者就会按照1,2,3…的顺序来消费。但是偶尔也会出现消息被消费的顺序不对的情况，比如某个消息消费失败又或者一个 queue 多个consumer 也会导致消息被消费的顺序不对，我们一定要保证消息被消费的顺序正确。
除了上面说的消息消费顺序的问题，使用消息队列，我们还要考虑如何保证消息不被重复消费？如何保证消息的可靠性传输（如何处理消息丢失的问题）？……等等问题。所以说使用消息队列也不是十全十美的，使用它也会让系统可用性降低、复杂度提高，另外需要我们保障一致性等问题。

RabbitMQ是一个实现了AMQP(Advanced Message Queuing Protocol)高级消息队列协议的消息队列服务，用Erlang语言实现的。

二、使用场景

在我们秒杀抢购商品的时候，系统会提醒我们稍等排队中，而不是页面卡死或报错给用户。
像这种排队结算就用到了消息队列机制，放入通道里面一个一个结算处理，而不是某个时间段突然涌入大批量的查询新增把数据库给搞宕机，所以RabbitMQ本质上起到的作用就是削峰，为业务保驾护航。
在电子商务一些秒杀、促销活动中，合理使用消息队列可以有效抵御促销活动刚开始大量订单涌入对系统的冲击。

为什么要用消息队列

  • 通过异步处理提高系统性能（削峰、减少响应所需时间）
    在不使用消息队列服务器的时候，用户的请求数据直接写入数据库，在高并发的情况下数据库压力剧增，使得响应速度变慢。但是在使用消息队列之后，用户的请求数据发送给消息队列之后立即 返回，再由消息队列的消费者进程从消息队列中获取数据，异步写入数据库。由于消息队列服务器处理速度快于数据库（消息队列也比数据库有更好的伸缩性），因此响应速度得到大幅改善。
    消息队列具有很好的削峰作用的功能——即通过异步处理，将短时间高并发产生的事务消息存储在消息队列中，从而削平高峰期的并发事务。
    因为用户请求数据写入消息队列之后就立即返回给用户了，但是请求数据在后续的业务校验、写数据库等操作中可能失败。因此使用消息队列进行异步处理之后，需要适当修改业务流程进行配合，比如用户在提交订单之后，订单数据写入消息队列，不能立即返回用户订单提交成功，需要在消息队列的订单消费者进程真正处理完该订单之后，甚至出库后，再通过电子邮件或短信通知用户订单成功，以免交易纠纷。这就类似我们平时手机订火车票和电影票。

  • 降低系统耦合性
    我们知道如果模块之间不存在直接调用，那么新增模块或者修改模块就对其他模块影响较小，这样系统的可扩展性无疑更好一些。
    我们最常见的事件驱动架构类似生产者消费者模式，在大型网站中通常用利用消息队列实现事件驱动结构。
    消息队列使利用发布-订阅模式工作，消息发送者（生产者）发布消息，一个或多个消息接受者（消费者）订阅消息。消息发送者（生产者）和消息接受者（消费者）之间没有直接耦合，消息发送者将消息发送至分布式消息队列即结束对消息的处理，消息接受者从分布式消息队列获取该消息后进行后续处理，并不需要知道该消息从何而来。
    对新增业务，只要对该类消息感兴趣，即可订阅该消息，对原有系统和业务没有任何影响，从而实现网站业务的可扩展性设计。
    消息接受者对消息进行过滤、处理、包装后，构造成一个新的消息类型，将消息继续发送出去，等待其他消息接受者订阅该消息。因此基于事件（消息对象）驱动的业务架构可以是一系列流程。
    另外为了避免消息队列服务器宕机造成消息丢失，会将成功发送到消息队列的消息存储在消息生产者服务器上，等消息真正被消费者服务器处理后才删除消息。在消息队列服务器宕机后，生产者服务器会选择分布式消息队列服务器集群中的其他服务器发布消息。

  • 不要认为消息队列只能利用发布-订阅模式工作，只不过在解耦这个特定业务环境下是使用发布-订阅模式的。除了发布-订阅模式，还有点对点订阅模式（一个消息只有一个消费者），我们比较常用的是发布-订阅模式。 另外，这两种消息模型是JMS提供的，AMQP协议还提供了5种消息模型。

使用消息队列带来的一些问题

  • 系统可用性降低： 系统可用性在某种程度上降低，为什么这样说呢？在加入MQ之前，你不用考虑消息丢失或者说MQ挂掉等等的情况，但是，引入MQ之后你就需要去考虑了！
  • 系统复杂性提高： 加入MQ之后，你需要保证消息没有被重复消费、处理消息丢失的情况、保证消息传递的顺序性等等问题！
  • 一致性问题： 上面讲了消息队列可以实现异步，消息队列带来的异步确实可以提高系统响应速度。但是，万一消息的真正消费者并没有正确消费消息怎么办？这样就会导致数据不一致的情况了!

三、JMS对比AMQP

3.1 JMS

3.1.1 JMS简介

JMS（JAVA Message Service,java消息服务）是java的消息服务，JMS的客户端之间可以通过JMS服务进行异步的消息传输。JMS（JAVA Message Service，Java消息服务）API是一个消息服务的标准或者说是规范，允许应用程序组件基于JavaEE平台创建、发送、接收和读取消息。它使分布式通信耦合度更低，消息服务更加可靠以及异步性。
ActiveMQ 就是基于 JMS 规范实现的。

3.1.2 JMS两种消息模型

  1. 点到点模型(P2P)
    使用队列（Queue）作为消息通信载体；满足生产者与消费者模式，一条消息只能被一个消费者使用，未被消费的消息在队列中保留直到被消费或超时。比如：我们生产者发送100条消息的话，两个消费者来消费一般情况下两个消费者会按照消息发送的顺序各自消费一半（也就是你一个我一个的消费。）
  2. 发布/订阅模型(Pub/Sub)
    发布订阅模型（Pub/Sub） 使用主题（Topic）作为消息通信载体，类似于广播模式；发布者发布一条消息，该消息通过主题传递给所有的订阅者，在一条消息广播之后才订阅的用户则是收不到该条消息的。

3.1.3 JMS五种不同的消息正文格式

JMS定义了五种不同的消息正文格式，以及调用的消息类型，允许你发送并接收以一些不同形式的数据，提供现有消息格式的一些级别的兼容性。

  • StreamMessage – Java原始值的数据流
  • MapMessage–一套名称-值对
  • TextMessage–一个字符串对象
  • ObjectMessage–一个序列化的 Java对象
  • BytesMessage–一个字节的数据流

3.2 AMQP

3.2.1 AMQP简介

AMQP，即Advanced Message Queuing Protocol，一个提供统一消息服务的应用层标准 高级消息队列协议（二进制应用层协议），是应用层协议的一个开放标准,为面向消息的中间件设计，兼容 JMS。基于此协议的客户端与消息中间件可传递消息，并不受客户端/中间件同产品，不同的开发语言等条件的限制。
RabbitMQ 就是基于 AMQP 协议实现的。

3.2.2 五种消息模型

  1. direct exchange
  2. fanout exchange
  3. topic exchange
  4. headers exchange
  5. system exchange

3.3 JMS对比AMQP

  • AMQP 为消息定义了线路层（wire-level protocol）的协议，而JMS所定义的是API规范。在 Java 体系中，多个client均可以通过JMS进行交互，不需要应用修改代码，但是其对跨平台的支持较差。而AMQP天然具有跨平台、跨语言特性。
  • JMS支持TextMessage、MapMessage等复杂的消息类型；而AMQP仅支持byte[]消息类型（复杂的类型可序列化后发送）。
  • 由于Exchange提供的路由算法，AMQP可以提供多样化的路由方式来传递消息到消息队列，而JMS仅支持队列和主题/订阅方式两种。

四、常见的消息队列对比

  1. 吞吐量：万级的ActiveMQ和RabbitMQ的吞吐量（ActiveMQ 的性能最差）要比 十万级甚至是百万级的RocketMQ和Kafka低一个数量级。
  2. 可用性：都可以实现高可用。ActiveMQ和RabbitMQ都是基于主从架构实现高可用性。RocketMQ 基于分布式架构。kafka也是分布式的，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。
  3. 时效性：RabbitMQ基于erlang开发，所以并发能力很强，性能极其好，延时很低，达到微秒级。其他三个都是ms级。
  4. 功能支持：支持 除了Kafka，其他三个功能都较为完备。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。
  5. 消息丢失：ActiveMQ和RabbitMQ丢失的可能性非常低，RocketMQ和Kafka理论上不会丢失。
    总结：
  • ActiveMQ的社区算是比较成熟，但是较目前来说，ActiveMQ的性能比较差，而且版本迭代很慢，不推荐使用。
  • RabbitMQ在吞吐量方面虽然稍逊于Kafka和RocketMQ，但是由于它基于erlang开发，所以并发能力很强，性能极其好，延时很低，达到微秒级。但是也因为RabbitMQ基于erlang开发，所以国内很少有公司有实力做erlang源码级别的研究和定制。如果业务场景对并发量要求不是太高（十万级、百万级），那这四种消息队列中，RabbitMQ一定是你的首选。如果是大数据领域的实时计算、日志采集等场景，用Kafka 是业内标准的，绝对没问题，社区活跃度很高，绝对不会黄，何况几乎是全世界这个领域的事实性规范。
  • RocketMQ阿里出品，Java系开源项目，源代码我们可以直接阅读，然后可以定制自己公司的MQ，并且RocketMQ有阿里巴巴的实际业务场景的实战考验。RocketMQ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。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。

参考：《Java工程师面试突击第1季-中华石杉老师》

RabbitMQ核心概念

RabbitMQ 整体上是一个生产者与消费者模型，主要负责接收、存储和转发消息。可以把消息传递的过程想象成：当你将一个包裹送到邮局，邮局会暂存并最终将邮件通过邮递员送到收件人的手上，RabbitMQ就好比由邮局、邮箱和邮递员组成的一个系统。从计算机术语层面来说，RabbitMQ 模型更像是一种交换机模型。
RabbitMQ整体模型架构

1. Producer(生产者)和Consumer(消费者)

  • Producer(生产者) :生产消息的一方（邮件投递者）
  • Consumer(消费者) :消费消息的一方（邮件收件人）
    消息一般由 2 部分组成：消息头（或者说是标签 Label）和 消息体。消息体也可以称为 payLoad ,消息体是不透明的，而消息头则由一系列的可选属性组成，这些属性包括 routing-key（路由键）、priority（相对于其他消息的优先权）、delivery-mode（指出该消息可能需要持久性存储）等。生产者把消息交由 RabbitMQ 后，RabbitMQ 会根据消息头把消息发送给感兴趣的 Consumer(消费者)。

2. Exchange(交换器)

在 RabbitMQ 中，消息并不是直接被投递到 Queue(消息队列) 中的，中间还必须经过 Exchange(交换器) 这一层，Exchange(交换器) 会把我们的消息分配到对应的 Queue(消息队列) 中。
Exchange(交换器) 用来接收生产者发送的消息并将这些消息路由给服务器中的队列中，如果路由不到，或许会返回给 Producer(生产者) ，或许会被直接丢弃掉 。这里可以将RabbitMQ中的交换器看作一个简单的实体。
RabbitMQ 的 Exchange(交换器) 有4种类型，不同的类型对应着不同的路由策略：direct(默认)，fanout, topic, 和 headers，不同类型的Exchange转发消息的策略有所区别。

生产者将消息发给交换器的时候，一般会指定一个 RoutingKey(路由键)，用来指定这个消息的路由规则，而这个 RoutingKey 需要与交换器类型和绑定键(BindingKey)联合使用才能最终生效。
RabbitMQ 中通过 Binding(绑定) 将 Exchange(交换器) 与 Queue(消息队列) 关联起来，在绑定的时候一般会指定一个 BindingKey(绑定建) ,这样 RabbitMQ 就知道如何正确将消息路由到队列了。一个绑定就是基于路由键将交换器和消息队列连接起来的路由规则，所以可以将交换器理解成一个由绑定构成的路由表。Exchange 和 Queue 的绑定可以是多对多的关系。

生产者将消息发送给交换器时，需要一个RoutingKey,当 BindingKey 和 RoutingKey 相匹配时，消息会被路由到对应的队列中。在绑定多个队列到同一个交换器的时候，这些绑定允许使用相同的 BindingKey。BindingKey 并不是在所有的情况下都生效，它依赖于交换器类型，比如fanout类型的交换器就会无视，而是将消息路由到所有绑定到该交换器的队列中。

3. Queue(消息队列)

Queue(消息队列) 用来保存消息直到发送给消费者。它是消息的容器，也是消息的终点。一个消息可投入一个或多个队列。消息一直在队列里面，等待消费者连接到这个队列将其取走。
RabbitMQ 中消息只能存储在 队列 中，这一点和 Kafka 这种消息中间件相反。Kafka 将消息存储在 topic（主题） 这个逻辑层面，而相对应的队列逻辑只是topic实际存储文件中的位移标识。 RabbitMQ 的生产者生产消息并最终投递到队列中，消费者可以从队列中获取消息并消费。
多个消费者可以订阅同一个队列，这时队列中的消息会被平均分摊（Round-Robin，即轮询）给多个消费者进行处理，而不是每个消费者都收到所有的消息并处理，这样避免的消息被重复消费。
RabbitMQ 不支持队列层面的广播消费,如果有广播消费的需求，需要在其上进行二次开发,这样会很麻烦，不建议这样做。

4. Broker(消息中间件的服务节点)

对于 RabbitMQ 来说，一个 RabbitMQ Broker 可以简单地看作一个 RabbitMQ 服务节点，或者RabbitMQ服务实例。大多数情况下也可以将一个 RabbitMQ Broker 看作一台 RabbitMQ 服务器。

5. Exchange Types(交换器类型)

  1. fanout：fanout 类型的Exchange路由规则非常简单，它会把所有发送到该Exchange的消息路由到所有与它绑定的Queue中，不需要做任何判断操作，所以 fanout 类型是所有的交换机类型里面速度最快的。fanout 类型常用来广播消息。
  2. direct：direct 类型的Exchange路由规则也很简单，一对一的匹配，它会把消息路由到那些 Bindingkey 与 RoutingKey 完全匹配的 Queue 中。

    以上图为例，如果发送消息的时候设置路由键为“warning”,那么消息会路由到 Queue1 和 Queue2。如果在发送消息的时候设置路由键为”Info”或者”debug”，消息只会路由到Queue2。如果以其他的路由键发送消息，则消息不会路由到这两个队列中。
    direct 类型常用在处理有优先级的任务，根据任务的优先级把消息发送到对应的队列，这样可以指派更多的资源去处理高优先级的队列。
  3. topic：direct类型的交换器路由规则是完全匹配 BindingKey 和 RoutingKey ，但是这种严格的匹配方式在很多情况下不能满足实际业务的需求。topic类型的交换器在匹配规则上进行了扩展，它与 direct 类型的交换器相似，也是将消息路由到 BindingKey 和 RoutingKey 相匹配的队列中，但这里的匹配规则有些不同，它约定：
    • RoutingKey 为一个点号“．”分隔的字符串（被点号“．”分隔开的每一段独立的字符串称为一个单词），如 “com.rabbitmq.client”、“java.util.concurrent”、“com.hidden.client”;
    • BindingKey 和 RoutingKey 一样也是点号“．”分隔的字符串；
    • BindingKey 中可以存在两种特殊字符串“”和“#”，用于做模糊匹配，其中“”用于匹配一个单词，“#”用于匹配多个单词(可以是零个)。
  4. headers：headers 类型的交换器不依赖于路由键的匹配规则来路由消息，而是根据发送的消息内容中的 headers 属性进行匹配。在绑定队列和交换器时制定一组键值对，当发送消息到交换器时，RabbitMQ会获取到该消息的 headers（也是一个键值对的形式)’对比其中的键值对是否完全匹配队列和交换器绑定时指定的键值对，如果完全匹配则消息会路由到该队列，否则不会路由到该队列。headers 类型的交换器性能会很差，而且也不实用，基本上不会看到它的存在。

6. RoutingKey(路由键)和BindingKey(绑定键)

RoutingKey（路由键）：用于把生成者的数据分配到交换器上；
BindingKey（绑定键）：用于把交换器的消息绑定到队列上；

消息发送原理

首先你必须连接到Rabbit才能发布和消费消息，那怎么连接和发送消息的呢？
你的应用程序和Rabbit Server之间会创建一个TCP连接，一旦TCP打开，并通过了认证，认证就是你试图连接Rabbit之前发送的Rabbit服务器连接信息和用户名和密码，有点像程序连接数据库，使用Java有两种连接认证的方式，后面代码会详细介绍，一旦认证通过你的应用程序和Rabbit就创建了一条AMQP信道（Channel）。
信道是创建在“真实”TCP上的虚拟连接，AMQP命令都是通过信道发送出去的，每个信道都会有一个唯一的ID，不论是发布消息，订阅队列或者介绍消息都是通过信道完成的。

为什么不通过TCP直接发送命令？

对于操作系统来说创建和销毁TCP会话是非常昂贵的开销，假设高峰期每秒有成千上万条连接，每个连接都要创建一条TCP会话，这就造成了TCP连接的巨大浪费，而且操作系统每秒能创建的TCP也是有限的，因此很快就会遇到系统瓶颈。
如果我们每个请求都使用一条TCP连接，既满足了性能的需要，又能确保每个连接的私密性，这就是引入信道概念的原因。