剖析nsq消息队列(一) 简介及去中心化实现原理

lpxxn

发布于 2019-09-29 10:40:50

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发布于 2019-09-29 10:40:50

分布式消息队列nsq，简单易用，去中心化的设计使nsq更健壮，nsq充分利用了go语言的goroutine和channel来实现的消息处理，代码量也不大，读不了多久就没了。后期的文章我会把nsq的源码分析给大家看。主要的分析路线如下

分析nsq的整体框架结构，分析如何做到的无中心化分布式拓扑结构，如何处理的单点故障。
分析nsq是如何保证消息的可靠性，如何保证消息的处理，对于消息的持久化是如何处理和扩展的。
分析nsq是如何做的消息的负载处理，即如何把合理的、不超过客户端消费能力的情况下，把消息分发到不同的客户端。
分析nsq提供的一些辅助组件。

这篇帖子，介绍nsq的主体结构，以及他是如何做到去中心化的分布式拓扑结构，如何处理的单点故障。几个组件是需要先大概说一下 nsqd 消息队列的主体，对消息的接收，处理和把消息分发到客户端。 nsqlookupd nsq拓扑结构信息的管理者，有了他才能组成一个简单易用的无中心化的分布式拓扑网络结构。 go-nsq nsq官方的go语言客户端，基本上市面上的主流编程语言都有相应的客户端在这里还有可视化的组件nsqadmin和一些工具像nsq_to_file、nsq_stat、等等，这些在后期的帖子里会介绍

使用方式

两种方式一种是直接连接另一种是通过nsqlookupd进行连接

直连方式

nsqd是独立运行的，我们可以直接使用部署几个nsqd然后使用客户端直连的方式使用

例子

目前资源有限，我就都在一台机器上模拟了启动两个nsqd

./nsqd -tcp-address ":8000"  -http-address ":8001" -data-path=./a

./nsqd -tcp-address ":7000"  -http-address ":7001" -data-path=./b

正常启动会有类似下面的输出

[nsqd] 2019/08/29 18:42:56.928345 INFO: nsqd v1.1.1-alpha (built w/go1.12.7)
[nsqd] 2019/08/29 18:42:56.928512 INFO: ID: 538
[nsqd] 2019/08/29 18:42:56.928856 INFO: NSQ: persisting topic/channel metadata to b/nsqd.dat
[nsqd] 2019/08/29 18:42:56.935797 INFO: TCP: listening on [::]:7000
[nsqd] 2019/08/29 18:42:56.935891 INFO: HTTP: listening on [::]:7001

简单使用

func main() {
    adds := []string{"127.0.0.1:7000", "127.0.0.1:8000"}
    config := nsq.NewConfig()

    topicName := "testTopic1"
    c, _ := nsq.NewConsumer(topicName, "ch1", config)
    testHandler := &MyTestHandler{consumer: c}

    c.AddHandler(testHandler)
    if err := c.ConnectToNSQDs(adds); err != nil {
        panic(err)
    }
    stats := c.Stats()
    if stats.Connections == 0 {
        panic("stats report 0 connections (should be > 0)")
    }
    stop := make(chan os.Signal)
    signal.Notify(stop, os.Interrupt)
    fmt.Println("server is running....")
    <-stop
}

type MyTestHandler struct {
    consumer *nsq.Consumer
}

func (m MyTestHandler) HandleMessage(message *nsq.Message) error {
    fmt.Println(string(message.Body))
    return nil
}

方法 c.ConnectToNSQDs(adds)，连接多个nsqd服务然后运行多个客户端实现这时，我们发送一个消息，

curl -d 'hello world 2' 'http://127.0.0.1:7001/pub?topic=testTopic1'

nsqd会根据他的算法，把消息分配到一个客户端客户端的输入如下

2019/08/30 12:05:32 INF    1 [testTopic1/ch1] (127.0.0.1:7000) connecting to nsqd
2019/08/30 12:05:32 INF    1 [testTopic1/ch1] (127.0.0.1:8000) connecting to nsqd
server is running....
hello world 2

但是这种做的话，需要客户端做一些额外的工作，需要频繁的去检查所有nsqd的状态，如果发现出现问题需要客户端主动去处理这些问题。

总结

我使用的客户端库是官方库 go-nsq，使用直接连nsqd的方式，

如果有nsqd出现问题，现在的处理方式，他会每隔一段时间执行一次重连操作。想去掉这个连接信息就要额外做一些处理了。
如果对nsqd进行横向扩充，只能是自己民额外的写一些代码调用ConnectToNSQDs或者ConnectToNSQD方法

去中心化连接方式 nsqlookupd

官方推荐使用连接nsqlookupd的方式，nsqlookupd用于做服务的注册和发现，这样可以做到去中心化。

图中我们运行着多个nsqd和多个nsqlookupd的实例，客户端去连接nsqlookupd来操作nsqd

例子

我们要先启动nsqlookupd，为了演示方便，我启动两个nsqlookupd实例, 三个nsqd实例

./nsqlookupd -tcp-address ":8200" -http-address ":8201"

./nsqlookupd -tcp-address ":7200" -http-address ":7201"

为了演示横向扩充，先启动两个，客户端连接后，再启动第三个。

./nsqd -tcp-address ":8000"  -http-address ":8001" --lookupd-tcp-address=127.0.0.1:8200 --lookupd-tcp-address=127.0.0.1:7200 -data-path=./a

./nsqd -tcp-address ":7000"  -http-address ":7001" --lookupd-tcp-address=127.0.0.1:8200 --lookupd-tcp-address=127.0.0.1:7200  -data-path=./b

--lookupd-tcp-address 用于指定lookup的连接地址

客户端简单代码

package main

import (
    "fmt"
    "os"
    "os/signal"
    "time"

    "github.com/nsqio/go-nsq"
)

func main() {
    adds := []string{"127.0.0.1:7201", "127.0.0.1:8201"}
    config := nsq.NewConfig()
    config.MaxInFlight = 1000
    config.MaxBackoffDuration = 5 * time.Second
    config.DialTimeout = 10 * time.Second

    topicName := "testTopic1"
    c, _ := nsq.NewConsumer(topicName, "ch1", config)
    testHandler := &MyTestHandler{consumer: c}

    c.AddHandler(testHandler)
    if err := c.ConnectToNSQLookupds(adds); err != nil {
        panic(err)
    }
    stop := make(chan os.Signal)
    signal.Notify(stop, os.Interrupt)
    fmt.Println("server is running....")
    <-stop
}

type MyTestHandler struct {
    consumer *nsq.Consumer
}

func (m MyTestHandler) HandleMessage(message *nsq.Message) error {
    fmt.Println(string(message.Body))
    return nil
}

方法ConnectToNSQLookupds就是用于连接nsqlookupd的，但是需要注意的是，连接的是http端口7201和8201，库go-nsq 是通过请求其中一个nsqlookupd的 http 方法http://127.0.0.1:7201/lookup?topic=testTopic1 来得到所有提供topic=testTopic1的nsqd 列表信息，然后对所有的nsqd进行连接，

2019/08/30 13:47:26 INF    1 [testTopic1/ch1] querying nsqlookupd http://127.0.0.1:7201/lookup?topic=testTopic1
2019/08/30 13:47:26 INF    1 [testTopic1/ch1] (li-peng-mc-macbook.local:7000) connecting to nsqd
2019/08/30 13:47:26 INF    1 [testTopic1/ch1] (li-peng-mc-macbook.local:8000) connecting to nsqd

目前我们已经连接了两个。我们演示一下橫向扩充,启动第三个nsqd

./nsqd -tcp-address ":6000"  -http-address ":6001" --lookupd-tcp-address=127.0.0.1:8200 --lookupd-tcp-address=127.0.0.1:7200  -data-path=./c

这里会有一个问题，当我启动了一个亲的nsqd但是他的topic是空的，我们需指定这新的nsqd处理哪些topic。我们可以用nsqadmin查看所有的topic

./nsqadmin  --lookupd-http-address=127.0.0.1:8201 --lookupd-http-address=127.0.0.1:7201

然后去你的nsqd上去建topic

curl -X POST 'http://127.0.0.1:6001/topic/create?topic=testTopic1'

当然也可以自己写一些自动化的角本查看客户端的日志输出

2019/08/30 14:56:01 INF    1 [testTopic1/ch1] querying nsqlookupd http://127.0.0.1:7201/lookup?topic=testTopic1
2019/08/30 14:56:01 INF    1 [testTopic1/ch1] (li-peng-mc-macbook.local:6000) connecting to nsqd

已经连上我们的新nsqd了

我手动关闭一个nsqd实例客户端的日志输出已经断开了连接

2019/08/30 15:04:20 ERR    1 [testTopic1/ch1] (li-peng-mc-macbook.local:8000) IO error - EOF
2019/08/30 15:04:20 INF    1 [testTopic1/ch1] (li-peng-mc-macbook.local:8000) beginning close
2019/08/30 15:04:20 INF    1 [testTopic1/ch1] (li-peng-mc-macbook.local:8000) readLoop exiting
2019/08/30 15:04:20 INF    1 [testTopic1/ch1] (li-peng-mc-macbook.local:8000) breaking out of writeLoop
2019/08/30 15:04:20 INF    1 [testTopic1/ch1] (li-peng-mc-macbook.local:8000) writeLoop exiting
2019/08/30 15:04:20 INF    1 [testTopic1/ch1] (li-peng-mc-macbook.local:8000) finished draining, cleanup exiting
2019/08/30 15:04:20 INF    1 [testTopic1/ch1] (li-peng-mc-macbook.local:8000) clean close complete
2019/08/30 15:04:20 WRN    1 [testTopic1/ch1] there are 2 connections left alive

并且nsqd和nsqlookupd也断开了连接，客户端再次从nsqlookupd取所有的nsqd的地址时得到的总是可用的地址。

去中心化实现原理

nsqlookupd用于管理整个网络拓扑结构，nsqd用他实现服务的注册，客户端使用他得到所有的nsqd服务节点信息，然后所有的consumer端连接实现原理如下，

nsqd把自己的服务信息广播给一个或者多个nsqlookupd
客户端连接一个或者多个nsqlookupd，通过nsqlookupd得到所有的nsqd的连接信息，进行连接消费，
如果某个nsqd出现问题，down机了，会和nsqlookupd断开，这样客户端从nsqlookupd得到的nsqd的列表永远是可用的。客户端连接的是所有的nsqd，一个出问题了就用其他的连接，所以也不会受影响。