第二章 RocketMQ介绍

1、基本概念

• 消息：指消息系统所传输信息的物理载体，生产和消费数据的最小单位，每条消息必须属于一个主

题。

• 消息类型​：由消息传输特性定义的类别，用于类型管理和安全验证。Apache RocketMQ 支持 NORMAL、FIFO、TRANSACTION 和 DELAY 消息类型。
• 主题（Topic）：Topic表示一类消息的集合，每个主题包含若干条消息，每条消息只能属于一个主题，是RocketMQ进行消息订阅的基本单位；一个生产者可以同时发送多种Topic的消息；而一个消费者只对某种特定的Topic感兴趣，即只可以订阅和消费一种Topic的消息。
• 标签（Tag）：为消息设置的标签，用于同一主题下区分不同类型的消息。来自同一业务单元的消息，可以根据不同业务目的在同一主题下设置不同标签。标签能够有效地保持代码的清晰度和连贯性，并优化RocketMQ提供的查询系统。消费者可以根据Tag实现对不同子主题的不同消费逻辑，实现更好的扩展性；Topic是消息的一级分类，Tag是消息的二级分类。
• 队列（Queue）：存储消息的物理实体。一个Topic中可以包含多个Queue，每个Queue中存放的就是该Topic的消息。一个Topic的Queue也被称为一个Topic中消息的分区（Partition）；一个Topic的Queue中的消息只能被一个消费者组中的一个消费者消费。一个Queue中的消息不允许同一个消费者组中的多个消费者同时消费。

队列在 Apache RocketMQ 领域模型中的位置

• 消息过滤：在消费者订阅主题后，Apache RocketMQ 会将主题中的所有消息传递给消费者。但是，如果您希望消费者只接收与您的业务相关的消息，可以在 Apache RocketMQ 代理上设置过滤器。

工作机制

• 消息偏移量：在 Apache RocketMQ 中，消息按到达顺序排队到主题中，并被分配一个唯一的 Long 类型坐标。这也称为消息的偏移量。理论上讲，消息队列可以存储无限数量的消息。因此，偏移量的值范围从 0 到 Long.MAX_VALUE。您可以根据主题、队列和偏移量定位任何消息。下图显示了这三个概念之间的关系。

消费偏移量说明1

在 Apache RocketMQ 中，队列中最早消息的偏移量称为最小偏移量 (MinOffset)，最新消息的偏移量称为最大偏移量 (MaxOffset)。虽然消息队列理论上可以容纳无限数量的消息，但存储它们的物理机器的空间有限。因此，Apache RocketMQ 会动态地从队列中删除最早的消息，队列的 MinOffset 和 MaxOffset 值会不断增加。

消费偏移量说明2

消费者偏移量，Apache RocketMQ 遵循发布-订阅模式。多个消费者组可以订阅同一个队列。在这种情况下，当一个消费者在消费消息后删除消息时，其他消费者将无法消费它。

消费者偏移量和最大偏移量

二、领域模型

1、RocketMQ领域模型

RocketMQ领域模型

Apache RocketMQ 消息的生命周期包含三个阶段：生产、存储和消费；

1. 生产者：在 Apache RocketMQ 中用于生成消息的运行实体
2. 消息消费

• 消费者组：消费者组用于集中管理运行在下层的消费者。同一组中的消费者必须相互维护相同的消费逻辑和配置，并共同消费组订阅的消息，以扩展组的消费能力。
• 消费者：是业务调用链的下游部分，消费者必须属于特定的消费者组。
• 订阅：RocketMQ 发布/订阅模型中的配置集合。配置包括消息过滤、重试和消费者进度订阅在消费者组级别进行管理。使用消费者组来指定订阅以管理组中的消费者如何过滤消息、重试消费和恢复消费者偏移量。

1. 消息存储

• 主题：在 Apache RocketMQ 中用于消息传输和存储的分组容器。主题包含多个消息队列，用于存储消息并扩展主题。
• 消息队列：在RocketMQ 中用于消息传输和存储的单元容器。消息队列类似于 Kafka 中的分区。RocketMQ 基于无限队列结构以流式方式存储消息。消息按顺序存储在队列中。
• 消息：RocketMQ 中数据传输的最小单位。消息在初始化和存储后是不可变的。

2、消息传输模型

消息中间件服务有两种常见的传输模型：点对点模型和发布/订阅模型。

1. 点对点模型，也称为队列模型，具有以下特点

• 消费者匿名性：队列是上游-下游通信中使用的唯一身份。下游消费者在从队列获取消息时无法声明身份。
• 一对一通信：消费者没有身份。消费者组中的所有消费者共同消费订阅的消息。每条消息只能被一个特定的消费者消费。因此，此模型仅支持一对一通信。

点对点模型

发布/订阅模型：一个生产者发送的消息，多个消费者消费

• 独立消费：在此模型中，消费者使用消费者组或订阅的身份来接收和消费消息。消费者组相互独立。
• 一对多通信：基于独立身份的设计，此模型允许多个消费者组订阅一个主题，每个组都可以完全访问所有消息。因此，发布/订阅模型支持一对多通信。

发布订阅模型

3、系统架构

RocketMQ系统架构

1、RocketMQ架构上主要分为四部分构成：Producer、Consumer、Name Server、Broker;

Producer

消息生产者，负责生产消息。Producer通过MQ的负载均衡模块选择相应的Broker集群队列进行消息投递，投递的过程支持快速失败并且低延迟。RocketMQ中的消息生产者都是以生产者组（Producer Group）的形式出现的。生产者组是同一类生产者的集合，这类Producer发送相同Topic类型的消息。一个生产者组可以同时发送多个主题的消息。

Consumer

消息消费者，负责消费消息。一个消息消费者会从Broker服务器中获取到消息，并对消息进行相关业务处理。RocketMQ中的消息消费者都是以消费者组（Consumer Group）的形式出现的。消费者组是同一类消费者的集合，这类Consumer消费的是同一个Topic类型的消息。消费者组使得在消息消费方面，实现负载均衡（将一个Topic中的不同的Queue平均分配给同一个Consumer Group的不同的Consumer，注意，并不是将消息负载均衡）和容错（一个Consmer挂了，该Consumer Group中的其它Consumer可以接着消费原Consumer消费的Queue）的目标变得非常容易。

消息生产消费1

消费者组中Consumer的数量应该小于等于订阅Topic的Queue数量。如果超出Queue数量，则多出的Consumer将不能消费消息。不过，一个Topic类型的消息可以被多个消费者组同时消费。

消息生产消费2

Name Server

NameServer是一个Broker与Topic路由的注册中心，支持Broker的动态注册与发现。

主要包括两个功能：

1. Broker管理：接受Broker集群的注册信息并且保存下来作为路由信息的基本数据；提供心跳检测机制，检查Broker是否还存活。
2. 路由信息管理：每个NameServer中都保存着Broker集群的整个路由信息和用于客户端查询的队列信息。Producer和Conumser通过NameServer可以获取整个Broker集群的路由信息，从而进行消息的投递和消费。

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路由注册

NameServer通常也是以集群的方式部署，不过，NameServer是无状态的，即NameServer集群中的各个节点间是无差异的，各节点间相互不进行信息通讯。那各节点中的数据是如何进行数据同步的呢？

在Broker节点启动时，轮询NameServer列表，与每个NameServer节点建立长连接，发起注册请求。在NameServer内部维护着⼀个Broker列表，用来动态存储Broker的信息。

注意，这是与其它像zk、Eureka、Nacos等注册中心不同的地方。

这种NameServer的无状态方式，有什么优缺点：

优点：NameServer集群搭建简单，扩容简单。

缺点：对于Broker，必须明确指出所有NameServer地址。否则未指出的将不会去注册。也正因为如此，NameServer并不能随便扩容。因为，若Broker不重新配置，新增的NameServer对于Broker来说是不可见的，其不会向这个NameServer进行注册。

Broker节点为了证明自己是活着的，为了维护与NameServer间的长连接，会将最新的信息以心跳包的方式上报给NameServer，每30秒发送一次心跳。心跳包中包含 BrokerId、Broker地址(IP+Port)、 Broker名称、Broker所属集群名称等等。NameServer在接收到心跳包后，会更新心跳时间戳，记录这个Broker的最新存活时间。

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路由剔除

由于Broker关机、宕机或网络抖动等原因，NameServer没有收到Broker的心跳，NameServer可能会将其从Broker列表中剔除。 NameServer中有⼀个定时任务，每隔10秒就会扫描⼀次Broker表，查看每一个Broker的最新心跳时间戳距离当前时间是否超过120秒，如果超过，则会判定Broker失效，然后将其从Broker列表中剔除。

扩展：对于RocketMQ日常运维工作，例如Broker升级，需要停掉Broker的工作。OP需要怎么做？

OP需要将Broker的读写权限禁掉。一旦client(Consumer或Producer)向broker发送请求，都会收到broker的NO_PERMISSION响应，然后client会进行对其它Broker的重试。当OP观察到这个Broker没有流量后，再关闭它，实现Broker从NameServer的移除。

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路由发现

RocketMQ的路由发现采用的是Pull模型。当Topic路由信息出现变化时，NameServer不会主动推送给客户端，而是客户端定时拉取主题最新的路由。默认客户端每30秒会拉取一次最新的路由。

扩展：

1）Push模型：推送模型。其实时性较好，是一个“发布-订阅”模型，需要维护一个长连接。而长连接的维护是需要资源成本的。该模型适合于的场景：实时性要求较高 、Client数量不多，Server数据变化较频繁

2）Pull模型：拉取模型。存在的问题是，实时性较差。

3）Long Polling模型：长轮询模型。其是对Push与Pull模型的整合，充分利用了这两种模型的优势，屏蔽了它们的劣势。

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客户端NameServer选择策略

这里的客户端指的是Producer与Consumer ，客户端在配置时必须要写上NameServer集群的地址，那么客户端到底连接的是哪个NameServer节点呢？客户端首先会生产一个随机数，然后再与NameServer节点数量取模，此时得到的就是所要连接的节点索引，然后就会进行连接。如果连接失败，则会采用round-robin策略，逐个尝试着去连接其它节点。首先采用的是随机策略进行的选择，失败后采用的是轮询策略。

扩展：Zookeeper Client是如何选择Zookeeper Server的？

简单来说就是，经过两次Shuffe，然后选择第一台Zookeeper Server。详细说就是，将配置文件中的zk server地址进行第一次shuffe，然后随机选择一个。这个选择出的一般都是一个hostname。然后获取到该hostname对应的所有ip，再对这些ip进行第二次shuffe，从shuffe过的结果中取第一个server地址进行连接。

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Broker

功能介绍

Broker充当着消息中转角色，负责存储消息、转发消息。Broker在RocketMQ系统中负责接收并存储从生产者发送来的消息，同时为消费者的拉取请求作准备。Broker同时也存储着消息相关的元数据，包括消费者组消费进度偏移offset、主题、队列等。

Kafka 0.8版本之后，offset是存放在Broker中的，之前版本是存放在Zookeeper中的。

模块构成

Broker Server的功能模块示意图

Remoting Module：整个Broker的实体，负责处理来自clients端的请求。而这个Broker实体则由以下模块构成。

• Client Manager：客户端管理器。负责接收、解析客户端(Producer/Consumer)请求，管理客户端。例如，维护Consumer的Topic订阅信息
• Store Service：存储服务。提供方便简单的API接口，处理消息存储到物理硬盘和消息查询功能。
• HA Service：高可用服务，提供Master Broker 和 Slave Broker之间的数据同步功能。
• Index Service：索引服务。根据特定的Message key，对投递到Broker的消息进行索引服务，同时也提供根据Message Key对消息进行快速查询的功能。

集群部署

集群部署

为了增强Broker性能与吞吐量，Broker一般都是以集群形式出现的。各集群节点中可能存放着相同Topic的不同Queue。不过，这里有个问题，如果某Broker节点宕机，如何保证数据不丢失呢？其解决方案是，将每个Broker集群节点进行横向扩展，即将Broker节点再建为一个HA集群，解决单点问题。Broker节点集群是一个主从集群，即集群中具有Master与Slave两种角色。Master负责处理读写操作请求，Slave负责对Master中的数据进行备份。当Master挂掉了，Slave则会自动切换为Master去工作。所以这个Broker集群是主备集群。一个Master可以包含多个Slave，但一个Slave只能隶属于一个Master。Master与Slave 的对应关系是通过指定相同的BrokerName、不同的BrokerId 来确定的。BrokerId为0表示Master，非0表示Slave。每个Broker与NameServer集群中的所有节点建立长连接，定时注册Topic信息到所有NameServer。

工作流程

具体流程

1）启动NameServer，NameServer启动后开始监听端口，等待Broker、Producer、Consumer连接。

2）启动Broker时，Broker会与所有的NameServer建立并保持长连接，然后每30秒向NameServer定时发送心跳包。

3）发送消息前，可以先创建Topic，创建Topic时需要指定该Topic要存储在哪些Broker上，当然，在创建Topic时也会将Topic与Broker的关系写入到NameServer中。不过，这步是可选的，也可以在发送消息时自动创建Topic。

4）Producer发送消息，启动时先跟NameServer集群中的其中一台建立长连接，并从NameServer中获取路由信息，即当前发送的Topic消息的Queue与Broker的地址（IP+Port）的映射关系。然后根据算法策略从队选择一个Queue，与队列所在的Broker建立长连接从而向Broker发消息。当然，在获取到路由信息后，Producer会首先将路由信息缓存到本地，再每30秒从NameServer更新一次路由信息。

5）Consumer跟Producer类似，跟其中一台NameServer建立长连接，获取其所订阅Topic的路由信息，然后根据算法策略从路由信息中获取到其所要消费的Queue，然后直接跟Broker建立长连接，开始消费其中的消息。Consumer在获取到路由信息后，同样也会每30秒从NameServer更新一次路由信息。不过不同于Producer的是，Consumer还会向Broker发送心跳，以确保Broker的存活状态。

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Topic的创建模式

手动创建Topic时，有两种模式：

• 集群模式：该模式下创建的Topic在该集群中，所有Broker中的Queue数量是相同的。
• Broker模式：该模式下创建的Topic在该集群中，每个Broker中的Queue数量可以不同。

自动创建Topic时，默认采用的是Broker模式，会为每个Broker默认创建4个Queue。

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读/写队列

从物理上来讲，读/写队列是同一个队列。所以，不存在读/写队列数据同步问题。读/写队列是逻辑上进行区分的概念。一般情况下，读/写队列数量是相同的。