原文：http://www.noobyard.com/article/p-uecxpupq-gr.htmlhtml

關於消息隊列的使用

1、消息隊列概述
消息隊列中間件是分佈式系統中重要的組件，主要解決應用解耦，異步消息，流量削鋒等問題，實現高性能，高可用，可伸縮和最終一致性架構。目前使用較多的消息隊列有ActiveMQ，RabbitMQ，ZeroMQ，Kafka，MetaMQ，RocketMQ前端

2、消息隊列應用場景
如下介紹消息隊列在實際應用中經常使用的使用場景。異步處理，應用解耦，流量削鋒和消息通信四個場景。java

2.1異步處理
場景說明：用戶註冊後，須要發註冊郵件和註冊短信。傳統的作法有兩種 1.串行的方式；2.並行方式
a、串行方式：將註冊信息寫入數據庫成功後，發送註冊郵件，再發送註冊短信。以上三個任務所有完成後，返回給客戶端。
數據庫

b、並行方式：將註冊信息寫入數據庫成功後，發送註冊郵件的同時，發送註冊短信。以上三個任務完成後，返回給客戶端。與串行的差異是，並行的方式能夠提升處理的時間
服務器

假設三個業務節點每一個使用50毫秒鐘，不考慮網絡等其餘開銷，則串行方式的時間是150毫秒，並行的時間多是100毫秒。
由於CPU在單位時間內處理的請求數是必定的，假設CPU1秒內吞吐量是100次。則串行方式1秒內CPU可處理的請求量是7次（1000/150）。並行方式處理的請求量是10次（1000/100）
小結：如以上案例描述，傳統的方式系統的性能（併發量，吞吐量，響應時間）會有瓶頸。如何解決這個問題呢？網絡

引入消息隊列，將不是必須的業務邏輯，異步處理。改造後的架構以下：

按照以上約定，用戶的響應時間至關因而註冊信息寫入數據庫的時間，也就是50毫秒。註冊郵件，發送短信寫入消息隊列後，直接返回，所以寫入消息隊列的速度很快，基本能夠忽略，所以用戶的響應時間多是50毫秒。所以架構改變後，系統的吞吐量提升到每秒20 QPS。比串行提升了3倍，比並行提升了兩倍。數據結構

2.2應用解耦
場景說明：用戶下單後，訂單系統須要通知庫存系統。傳統的作法是，訂單系統調用庫存系統的接口。以下圖：

傳統模式的缺點：假如庫存系統沒法訪問，則訂單減庫存將失敗，從而致使訂單失敗，訂單系統與庫存系統耦合架構

如何解決以上問題呢？引入應用消息隊列後的方案，以下圖：

訂單系統：用戶下單後，訂單系統完成持久化處理，將消息寫入消息隊列，返回用戶訂單下單成功
庫存系統：訂閱下單的消息，採用拉/推的方式，獲取下單信息，庫存系統根據下單信息，進行庫存操做
假如：在下單時庫存系統不能正常使用。也不影響正常下單，由於下單後，訂單系統寫入消息隊列就再也不關心其餘的後續操做了。實現訂單系統與庫存系統的應用解耦併發

2.3流量削鋒
流量削鋒也是消息隊列中的經常使用場景，通常在秒殺或團搶活動中使用普遍。
應用場景：秒殺活動，通常會由於流量過大，致使流量暴增，應用掛掉。爲解決這個問題，通常須要在應用前端加入消息隊列。
a、能夠控制活動的人數
b、能夠緩解短期內高流量壓垮應用

用戶的請求，服務器接收後，首先寫入消息隊列。假如消息隊列長度超過最大數量，則直接拋棄用戶請求或跳轉到錯誤頁面。
秒殺業務根據消息隊列中的請求信息，再作後續處理負載均衡

2.4日誌處理
日誌處理是指將消息隊列用在日誌處理中，好比Kafka的應用，解決大量日誌傳輸的問題。架構簡化以下

日誌採集客戶端，負責日誌數據採集，定時寫受寫入Kafka隊列
Kafka消息隊列，負責日誌數據的接收，存儲和轉發
日誌處理應用：訂閱並消費kafka隊列中的日誌數據 

2.5消息通信
消息通信是指，消息隊列通常都內置了高效的通訊機制，所以也能夠用在純的消息通信。好比實現點對點消息隊列，或者聊天室等
點對點通信：

客戶端A和客戶端B使用同一隊列，進行消息通信。

聊天室通信：

客戶端A，客戶端B，客戶端N訂閱同一主題，進行消息發佈和接收。實現相似聊天室效果。

以上實際是消息隊列的兩種消息模式，點對點或發佈訂閱模式。模型爲示意圖，供參考。

3、消息中間件示例 
3.1電商系統

消息隊列採用高可用，可持久化的消息中間件。好比Active MQ，Rabbit MQ，Rocket Mq。
（1）應用將主幹邏輯處理完成後，寫入消息隊列。消息發送是否成功能夠開啓消息的確認模式。（消息隊列返回消息接收成功狀態後，應用再返回，這樣保障消息的完整性）
（2）擴展流程（發短信，配送處理）訂閱隊列消息。採用推或拉的方式獲取消息並處理。
（3）消息將應用解耦的同時，帶來了數據一致性問題，能夠採用最終一致性方式解決。好比主數據寫入數據庫，擴展應用根據消息隊列，並結合數據庫方式實現基於消息隊列的後續處理。

3.2日誌收集系統

分爲Zookeeper註冊中心，日誌收集客戶端，Kafka集羣和Storm集羣（OtherApp）四部分組成。
Zookeeper註冊中心，提出負載均衡和地址查找服務
日誌收集客戶端，用於採集應用系統的日誌，並將數據推送到kafka隊列
Kafka集羣：接收，路由，存儲，轉發等消息處理
Storm集羣：與OtherApp處於同一級別，採用拉的方式消費隊列中的數據

4、JMS消息服務
講消息隊列就不得不提JMS 。JMS（JAVA Message Service，java消息服務）API是一個消息服務的標準/規範，容許應用程序組件基於JavaEE平臺建立、發送、接收和讀取消息。它使分佈式通訊耦合度更低，消息服務更加可靠以及異步性。
在EJB架構中，有消息bean能夠無縫的與JM消息服務集成。在J2EE架構模式中，有消息服務者模式，用於實現消息與應用直接的解耦。

4.1消息模型
在JMS標準中，有兩種消息模型P2P（Point to Point）,Publish/Subscribe(Pub/Sub)。

4.1.1 P2P模式

P2P模式包含三個角色：消息隊列（Queue），發送者(Sender)，接收者(Receiver)。每一個消息都被髮送到一個特定的隊列，接收者從隊列中獲取消息。隊列保留着消息，直到他們被消費或超時。

P2P的特色
每一個消息只有一個消費者（Consumer）(即一旦被消費，消息就再也不在消息隊列中)
發送者和接收者之間在時間上沒有依賴性，也就是說當發送者發送了消息以後，無論接收者有沒有正在運行，它不會影響到消息被髮送到隊列
接收者在成功接收消息以後需向隊列應答成功 
若是但願發送的每一個消息都會被成功處理的話，那麼須要P2P模式。

4.1.2 Pub/Sub模式

包含三個角色主題（Topic），發佈者（Publisher），訂閱者（Subscriber） 多個發佈者將消息發送到Topic，系統將這些消息傳遞給多個訂閱者。

Pub/Sub的特色
每一個消息能夠有多個消費者
發佈者和訂閱者之間有時間上的依賴性。針對某個主題（Topic）的訂閱者，它必須建立一個訂閱者以後，才能消費發佈者的消息
爲了消費消息，訂閱者必須保持運行的狀態
爲了緩和這樣嚴格的時間相關性，JMS容許訂閱者建立一個可持久化的訂閱。這樣，即便訂閱者沒有被激活（運行），它也能接收到發佈者的消息。
若是但願發送的消息能夠不被作任何處理、或者只被一個消息者處理、或者能夠被多個消費者處理的話，那麼能夠採用Pub/Sub模型。

4.2消息消費
在JMS中，消息的產生和消費都是異步的。對於消費來講，JMS的消息者能夠經過兩種方式來消費消息。
（1）同步
訂閱者或接收者經過receive方法來接收消息，receive方法在接收到消息以前（或超時以前）將一直阻塞；

（2）異步
訂閱者或接收者能夠註冊爲一個消息監聽器。當消息到達以後，系統自動調用監聽器的onMessage方法。

JNDI：Java命名和目錄接口,是一種標準的Java命名系統接口。能夠在網絡上查找和訪問服務。經過指定一個資源名稱，該名稱對應於數據庫或命名服務中的一個記錄，同時返回資源鏈接創建所必須的信息。
JNDI在JMS中起到查找和訪問發送目標或消息來源的做用。

5、經常使用消息隊列

通常商用的容器，好比WebLogic，JBoss，都支持JMS標準，開發上很方便。但免費的好比Tomcat，Jetty等則須要使用第三方的消息中間件。本部份內容介紹經常使用的消息中間件（Active MQ,Rabbit MQ，Zero MQ,Kafka）以及他們的特色。

5.1 ActiveMQ
ActiveMQ 是Apache出品，最流行的，能力強勁的開源消息總線。ActiveMQ 是一個徹底支持JMS1.1和J2EE 1.4規範的 JMS Provider實現，儘管JMS規範出臺已是好久的事情了，可是JMS在當今的J2EE應用中間仍然扮演着特殊的地位。

ActiveMQ特性以下：
⒈ 多種語言和協議編寫客戶端。語言: Java,C,C++,C#,Ruby,Perl,Python,PHP。應用協議： OpenWire,Stomp REST,WS Notification,XMPP,AMQP
⒉ 徹底支持JMS1.1和J2EE 1.4規範 （持久化，XA消息，事務)
⒊ 對Spring的支持，ActiveMQ能夠很容易內嵌到使用Spring的系統裏面去，並且也支持Spring2.0的特性
⒋ 經過了常見J2EE服務器（如 Geronimo,JBoss 4,GlassFish,WebLogic)的測試，其中經過JCA 1.5 resource adaptors的配置，可讓ActiveMQ能夠自動的部署到任何兼容J2EE 1.4 商業服務器上
⒌ 支持多種傳送協議：in-VM,TCP,SSL,NIO,UDP,JGroups,JXTA
⒍ 支持經過JDBC和journal提供高速的消息持久化
⒎ 從設計上保證了高性能的集羣，客戶端-服務器，點對點
⒏ 支持Ajax
⒐ 支持與Axis的整合
⒑ 能夠很容易得調用內嵌JMS provider，進行測試

5.2 Kafka
Kafka是一種高吞吐量的分佈式發佈訂閱消息系統，它能夠處理消費者規模的網站中的全部動做流數據。 這種動做（網頁瀏覽，搜索和其餘用戶的行動）是在現代網絡上的許多社會功能的一個關鍵因素。 這些數據一般是因爲吞吐量的要求而經過處理日誌和日誌聚合來解決。 對於像Hadoop的同樣的日誌數據和離線分析系統，但又要求實時處理的限制，這是一個可行的解決方案。Kafka的目的是經過Hadoop的並行加載機制來統一線上和離線的消息處理，也是爲了經過集羣機來提供實時的消費。

Kafka是一種高吞吐量的分佈式發佈訂閱消息系統，有以下特性：
經過O(1)的磁盤數據結構提供消息的持久化，這種結構對於即便數以TB的消息存儲也可以保持長時間的穩定性能。（文件追加的方式寫入數據，過時的數據按期刪除）
高吞吐量：即便是很是普通的硬件Kafka也能夠支持每秒數百萬的消息
支持經過Kafka服務器和消費機集羣來分區消息
支持Hadoop並行數據加載
Kafka相關概念
Broker
Kafka集羣包含一個或多個服務器，這種服務器被稱爲broker[5]
Topic
每條發佈到Kafka集羣的消息都有一個類別，這個類別被稱爲Topic。（物理上不一樣Topic的消息分開存儲，邏輯上一個Topic的消息雖然保存於一個或多個broker上但用戶只需指定消息的Topic便可生產或消費數據而沒必要關心數據存於何處）
Partition
Parition是物理上的概念，每一個Topic包含一個或多個Partition.
Producer
負責發佈消息到Kafka broker
Consumer
消息消費者，向Kafka broker讀取消息的客戶端。
Consumer Group
每一個Consumer屬於一個特定的Consumer Group（可爲每一個Consumer指定group name，若不指定group name則屬於默認的group）。
通常應用在大數據日誌處理或對實時性（少許延遲），可靠性（少許丟數據）要求稍低的場景使用。