服务器的异步通信——RabbitMQ

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目录

一、同步通信 VS 异步通信

二、MQ——消息队列

RabbitMQ 

RabbitMQ安装 

RabbitMQ的整体架构

常见消息模型 

 基本消息队列（BasicQueue）

工作消息队列（WorkQueue）

 发布、订阅（Publish、Subscribe）

 Fanout Exchange

Direct Exchange 

Topic Exchange 

SpringAMQP-消息转换器 

一、同步通信 VS 异步通信

同步通信：双方在同一个时钟信号的控制下，进行数据的接收和发送，来一个时钟，发送端发送，接收端接收，他们彼此之间的工作状态是一致的，例如直播、打电话。

优点：

  • 时效性强，能够立即得到结果

缺点：

  • 耦合性较高：每次加入新的需求，都需要修改原有代码
  • 性能下降：调用者需要等待服务提供者响应，若调用链过长则响应时间等于每次调用时间之和
  • 资源利用率低：调用链中的每个服务在等待响应的过程中，不能释放请求占用的资源，高并发的情况下会造成资源的极度浪费
  • 级联失败：如果服务提供者出现问题，所有的调用方也会跟着出问题

适用场景：业务要求时效性高

异步通信：异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的。例如微信聊天。

在异步调用过程常见的实现就是事件驱动模式，系统中发生的事件会触发相应的事件处理器或监听器
，从而实现特定的业务逻辑或功能。

例如在如下的支付场景中，当有请求发送给支付服务时，支付服务就会通知Broker，接着后续的订阅事件就会接收到请求，开始同时处理业务，但是支付服务不用等到后续订阅事件完成后再返回，而是将请求通知给Broker之后支付服务就会返回结果。

优点：

  • 服务解耦
  • 性能提升，吞吐量提高
  • 服务之间没有强依赖，不用担心级联失败问题（故障隔离）
  • 流量削峰

缺点：

  • 依赖于Broker的可靠性、安全性和吞吐能力
  • 结构复杂后，业务没有了明显的流水线，难以追踪管理

适用场景：对于并发和吞吐量的要求高，时效性的要求低

二、MQ——消息队列

MQ（消息队列）：存放消息的队列，也是事件驱动架构的Broker。

常见的消息队列实现对比：

RabbitMQ 

RabbitMQ是基于Erlang语言开发的消息通信中间件，RabbitMQ的性能以及可用性较好，国内应用较为广泛，所以对RabbitMQ进行重点学习。

RabbitMQ的官网地址：https://www.rabbitmq.com

RabbitMQ安装 

可以根据自己的需求在RabbitMQ的官网进行查看：下载和安装 RabbitMQ — 兔子MQ

RabbitMQ的整体架构

​ 首先，Publisher会把消息发送给exchange（交换机）,exchange负责路由再把消息投递到queue（队列），queue负责暂存消息，Consumer会从队列中获取消息并处理消息。

RabbitMQ中的几个概念：

• channel ：操作 MQ 的工具
• exchange ：路由消息到队列中
• queue ：缓存消息
• virtual host ：虚拟主机，是对 queue 、 exchange 等资源的逻辑分组

常见消息模型 

RabbitMQ的官方文档中给出了5个MQ的Demo实例，可以分为如下：

  • 基本消息队列（BasicQueue）
  • 工作消息队列（WorkQueue）
  • 发布订阅（Publish、Subscribe），又根据交换机类型不同分为三种：

                Fanout Exchange：广播

                Direct Exchange：路由

                Topic Exchange：主题

 基本消息队列（BasicQueue）

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
​
 
在RabbitMQ中需要了解的端口：
​

在使用端口时，需要在云服务器上开放所用的端口 

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向队列中发送消息

代码实现：

public class PublisherTest {
    @Test
    public void testSendMessage() throws IOException, TimeoutException {
        // 1.建立连接
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
        // 1.1.设置连接参数，分别是：主机名、端口号、vhost、用户名、密码
        factory.setHost("x.x.x.x");
        factory.setPort(5672);
        factory.setVirtualHost("/");
        factory.setUsername("xx");
        factory.setPassword("xx");
        // 1.2.建立连接
        Connection connection = factory.newConnection();

        // 2.创建通道Channel
        Channel channel = connection.createChannel();

        // 3.创建队列
        String queueName = "simple.queue";
        channel.queueDeclare(queueName, false, false, false, null);

        // 4.发送消息
        String message = "hello, rabbitmq!";
        channel.basicPublish("", queueName, null, message.getBytes());
        System.out.println("发送消息成功：【" + message + "】");

        // 5.关闭通道和连接
        channel.close();
        connection.close();

    }
}

运行结果：

​

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将消费者与队列进行绑定

代码实现：

public class ConsumerTest {

    public static void main(String[] args) throws IOException, TimeoutException {
        // 1.建立连接
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
        // 1.1.设置连接参数，分别是：主机名、端口号、vhost、用户名、密码
        factory.setHost("x.x.x.x");
        factory.setPort(5672);
        factory.setVirtualHost("/");
        factory.setUsername("xx");
        factory.setPassword("xx");
        // 1.2.建立连接
        Connection connection = factory.newConnection();

        // 2.创建通道Channel
        Channel channel = connection.createChannel();

        // 3.创建队列
        String queueName = "simple.queue";
        channel.queueDeclare(queueName, false, false, false, null);

        // 4.订阅消息
        channel.basicConsume(queueName, true, new DefaultConsumer(channel){
            @Override
            public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope,
                                       AMQP.BasicProperties properties, byte[] body) throws IOException {
                // 5.处理消息
                String message = new String(body);
                System.out.println("接收到消息：【" + message + "】");
            }
        });
        System.out.println("等待接收消息。。。。");
    }
}

运行结果：

上述实现方式相对比较复杂，就引入了SpringAMQP来实现。

AMQP：是用于在应用程序之间传递业务消息的开放标准。该协议与语言和平台无关，更符合微服务中独立性的要求。 

SpringAMQP：SpringAMQP是基于AMQP协议定义的一套API规范，提供了模板来发送和接收消息。包含两部分，其中spring-amqp是基础抽象，spring-rabbit是底层的默认实现。

SpringAMQP的官方地址

那么利用SpringAMQP来实现基本消息队列的流程如下：

  1. 在父工程中引入spring-amqp的依赖
  2. 在publisher服务中利用RabbitTemplate发送消息到simple.queue这个队列
  3. 在consumer服务中编写消费逻辑，绑定simple.queue这个队列

具体实现：

1、在父工程中引入spring-amqp的依赖：

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

2、在publisher中编写测试方法，向simple.queue发送消息：

在publisher服务的配置文件中添加mq的连接信息：

spring:
  rabbitmq:
    host:  # rabbitMQ的ip地址
    port: 5672 # 端口
    username: # 用户名
    password: # 密码
    virtual-host: # 虚拟主机

在publisher服务中新建一个测试类，编写测试方法：

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class SpringAmqpTest {
    @Autowired
    private RabbitTemplate rabbitTemplate;

    @Test
    public void testSendMessage2SimpleQueue() {
        String queueName = "simple.queue";
        String message = "hello, spring amqp!";
        rabbitTemplate.convertAndSend(queueName, message);
    }
}

在RabbitMQ中的simple队列中查询信息：

3、在consumer服务中编写消费逻辑，监听simple.queue

在consumer服务的配置文件中添加mq连接信息：

spring:
  rabbitmq:
    host:  # rabbitMQ的ip地址
    port: 5672 # 端口
    username: # 用户名
    password: # 密码
    virtual-host: # 虚拟主机

在consumer服务中新建一个类，编写具体的消费逻辑：

@Component
public class SpringRabbitListener { 
   @RabbitListener(queues = "simple.queue")
    public void listenSimpleQueue(String msg) throws InterruptedException {
        System.out.println("消费者接收到消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
        Thread.sleep(20);
    }
}

运行启动类：

工作消息队列（WorkQueue）

下面场景中如果queue中有50条请求消息，但是consumer1只能处理40条，剩余的10条就可以由consumer进行处理，所以说工作消息队列可以提高消息的处理速度，避免队列消息堆积

模拟Workqueue，实现一个队列绑定多个消费者，基本实现思路如下：

  1. 在publisher服务中定义测试方法，每秒产生50条消息，发送到simple.queue中
  2. 在consumer服务中定义两个消息监听者，都监听simple.queue队列
  3. 消费者1每秒处理50条消息，消费者2每秒处理10条消息

代码实现：

在publisher服务中定义测试方法，每秒产生50条消息，发送到simple.queue中

    public void testSendMessage2WorkQueue() throws InterruptedException {
        String queueName = "simple.queue";
        String message = "hello, message__";
        for (int i = 1; i <= 50; i++) {
            rabbitTemplate.convertAndSend(queueName, message + i);
            Thread.sleep(20);
        }
    }
在consumer服务中定义两个消息监听者，都监听simple.queue队列，设置消费者1每秒处理50条消息，消费者2每秒处理10条消息 
    @RabbitListener(queues = "simple.queue")
    public void listenWorkQueue1(String msg) throws InterruptedException {
        System.out.println("消费者1接收到消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
        Thread.sleep(20);
    }

    @RabbitListener(queues = "simple.queue")
    public void listenWorkQueue2(String msg) throws InterruptedException {
        System.err.println("消费者2........接收到消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
        Thread.sleep(200);
    }

修改application.yml文件，设置preFetch这个值，可以控制预取消息的上限，确保消费者2取消息时只能取一条，提高效率（“能者多劳”）：

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        prefetch: 1

运行结果：

 发布、订阅（Publish、Subscribe）

发布订阅模式与之前案例的区别就是允许将同一消息发送给多个消费者。实现方式是加入了exchange（交换机）。

常见exchange类型包括：

  • Fanout：广播
  • Direct：路由
  • Topic：话题

exchange负责消息路由，而不是存储，路由失败则消息丢失 

 Fanout Exchange

 Fanout Exchange会将接收到的消息路由到每一个跟其绑定的queue中，如下：

基本实现思路如下：

  1. 在consumer中，利用代码声明队列、交换机，将二者进行绑定
  2. 在consumer中，编写两个消费方法，分别监听fanout.queue1和fanout.queue2
  3. 在publisher中编写测试方法，向fanout发送消息

代码实现：

在consumer中，利用代码声明队列、交换机，将二者进行绑定

@Configuration
public class FanoutConfig {
    // itcast.fanout
    @Bean
    public FanoutExchange fanoutExchange(){
        return new FanoutExchange("itcast.fanout");
    }

    // fanout.queue1
    @Bean
    public Queue fanoutQueue1(){
        return new Queue("fanout.queue1");
    }

    // 绑定队列1到交换机
    @Bean
    public Binding fanoutBinding1(Queue fanoutQueue1, FanoutExchange fanoutExchange){
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue1).to(fanoutExchange);
    }

    // fanout.queue2
    @Bean
    public Queue fanoutQueue2(){
        return new Queue("fanout.queue2");
    }

    // 绑定队列2到交换机
    @Bean
    public Binding fanoutBinding2(Queue fanoutQueue2, FanoutExchange fanoutExchange){
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue2).to(fanoutExchange);
    }
}

在consumer中，编写两个消费方法，分别监听fanout.queue1和fanout.queue2

    @RabbitListener(queues = "fanout.queue1")
    public void listenFanoutQueue1(String msg) {
        System.out.println("消费者接收到fanout.queue1的消息：【" + msg + "】");
    }
    @RabbitListener(queues = "fanout.queue2")
    public void listenFanoutQueue2(String msg) {
        System.out.println("消费者接收到fanout.queue2的消息：【" + msg + "】");
    }

在publisher中编写测试方法，向fanout发送消息

    @Test
    public void testSendFanoutExchange() {
        // 交换机名称
        String exchangeName = "itcast.fanout";
        // 消息
        String message = "hello, every one!";
        // 发送消息
        rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "", message);
    }

运行结果：

Direct Exchange 

Direct Exchange会将接收到的消息根据规则路由到指定的Queue，因此被称为路由模式

  • l每一个Queue都与Exchange设置一个BindingKey
  • l发布者发送消息时，指定消息的RoutingKey
  • lExchange将消息路由到BindingKey与消息RoutingKey一致的队列

基本实现思路如下：

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

代码实现：

在consumer服务中，编写两个消费者方法，分别监听direct.queue1和direct.queue2，并利用@RabbitListener声明Exchange、Queue、RoutingKey

    @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 + "】");
    }

在publisher服务发送消息到DirectExchange

    @Test
    public void testSendDirectExchange() {
        // 交换机名称
        String exchangeName = "itcast.direct";
        // 消息
        String message = "hello, red!";
        // 发送消息
        rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "red", message);
    }

运行结果：

Topic Exchange 

Topic Exchange与Direct Exchange类似，区别在于Topic Exchange的routingKey必须是多个单词的列表，并且以.分割

Queue与Exchange指定BindingKey时可以使用通配符：

#：代指0个或多个单词

*：代指一个单词

基本实现思路如下：

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

代码实现：

利用@RabbitListener声明Exchange、Queue、RoutingKey，在consumer服务中，编写两个消费者方法，分别监听topic.queue1和topic.queue2

    @RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
            value = @Queue(name = "topic.queue1"),
            exchange = @Exchange(name = "itcast.topic", type = ExchangeTypes.TOPIC),
            key = "china.#"
    ))
    public void listenTopicQueue1(String msg){
        System.out.println("消费者接收到topic.queue1的消息：【" + msg + "】");
    }

    @RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
            value = @Queue(name = "topic.queue2"),
            exchange = @Exchange(name = "itcast.topic", type = ExchangeTypes.TOPIC),
            key = "#.news"
    ))
    public void listenTopicQueue2(String msg){
        System.out.println("消费者接收到topic.queue2的消息：【" + msg + "】");
    }

在publisher中编写测试方法，向itcast. topic发送消息

    @Test
    public void testSendTopicExchange() {
        // 交换机名称
        String exchangeName = "itcast.topic";
        // 消息
        String message = "今天天气不错，我的心情好极了!";
        // 发送消息
        rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "china.weather", message);
    }

运行结果：

SpringAMQP-消息转换器 

在SpringAMQP的发送方法中，接收消息的类型是Object，也就是说我们可以发送任意对象类型的消息，SpringAMQP会帮我们序列化为字节后发送。

Spring的对消息对象的处理是由org.springframework.amqp.support.converter.MessageConverter来处理的。而默认实现是SimpleMessageConverter，基于JDK的ObjectOutputStream完成序列化。

如果要修改只需要定义一个MessageConverter 类型的Bean即可。

推荐用JSON方式序列化，实现步骤如下：

在父工程中引入依赖

        <dependency>
            <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
            <artifactId>jackson-databind</artifactId>
        </dependency>

在publisher和consumer服务中声明MessageConverter：

    @Bean
    public MessageConverter messageConverter(){
        return new Jackson2JsonMessageConverter();
    }

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