RocketMQ核心原理

1.消息队列的消费模型(pull or push)

对于任何一款消息中间件而言，消费者客户端一般有两种方式从消息中间件获取消息并消费：
（1）Push方式：由消息中间件（MQ消息服务器代理）主动地将消息推送给消费者；采用Push方式，可以尽可能实时地将消息发送给消费者进行消费。但是，在消费者的处理消息的能力较弱的时候(比如，消费者端的业务系统处理一条消息的流程比较复杂，其中的调用链路比较多导致消费时间比较久。概括起来地说就是“慢消费问题”)，而MQ不断地向消费者Push消息，消费者端的缓冲区可能会溢出，导致异常；
（2）Pull方式：由消费者客户端主动向消息中间件（MQ消息服务器代理）拉取消息；采用Pull方式，如何设置Pull消息的频率需要重点去考虑，举个例子来说，可能1分钟内连续来了1000条消息，然后2小时内没有新消息产生（概括起来说就是“消息延迟与忙等待”）。如果每次Pull的时间间隔比较久，会增加消息的延迟，即消息到达消费者的时间加长，MQ中消息的堆积量变大；若每次Pull的时间间隔较短，但是在一段时间内MQ中并没有任何消息可以消费，那么会产生很多无效的Pull请求的RPC开销，影响MQ整体的网络性能

2. RocketMQ中的消息消费模型(长轮询)

通过研究源码可知，RocketMQ的消费方式都是基于拉模式拉取消息的，而在这其中有一种长轮询机制（对普通轮询的一种优化），来平衡上面Push/Pull模型的各自缺点。

基本设计思路是：消费者如果第一次尝试Pull消息失败（比如：Broker端没有可以消费的消息），并不立即给消费者客户端返回Response的响应，而是先hold住并且挂起请求（将请求保存至pullRequestTable本地缓存变量中），然后Broker端的后台独立线程—PullRequestHoldService会从pullRequestTable本地缓存变量中不断地去取，具体的做法是查询待拉取消息的偏移量是否小于消费队列最大偏移量，如果条件成立则说明有新消息达到Broker端（这里，在RocketMQ的Broker端会有一个后台独立线程—ReputMessageService不停地构建ConsumeQueue/IndexFile数据，同时取出hold住的请求并进行二次处理），则通过重新调用一次业务处理器—PullMessageProcessor的处理请求方法—processRequest()来重新尝试拉取消息（此处，每隔5S重试一次，默认长轮询整体的时间设置为30s）。RocketMQ消息Pull的长轮询机制的关键在于Broker端的PullRequestHoldService和ReputMessageService两个后台线程。

从严格意义上说，RocketMQ并没有实现真正的消息消费的Push模式，而是对Pull模式进行了一定的优化，一方面在Consumer端开启后台独立的线程—PullMessageService不断地从阻塞队列—pullRequestQueue中获取PullRequest请求并通过网络通信模块发送Pull消息的RPC请求给Broker端。另外一方面，后台独立线程—rebalanceService根据Topic中消息队列个数和当前消费组内消费者个数进行负载均衡，将产生的对应PullRequest实例放入阻塞队列—pullRequestQueue中。这里算是比较典型的生产者-消费者模型，实现了准实时的自动消息拉取。然后，再根据业务反馈是否成功消费来推动消费进度。

在Broker端，PullMessageProcessor业务处理器收到Pull消息的RPC请求后，通过MessageStore实例从commitLog获取消息。如果第一次尝试Pull消息失败（比如Broker端没有可以消费的消息），则通过长轮询机制先hold住并且挂起该请求，然后通过Broker端的后台线程PullRequestHoldService重新尝试和后台线程ReputMessageService的二次处理。

3.  RocketMQ中两种消费方式的demo代码

（1）Pull模式的Consumer端代码如下：

DefaultMQPullConsumer consumer = new DefaultMQPullConsumer("please_rename_unique_group_name_5");

在示例代码中，可以看到业务工程在Consumer启动后，Consumer主动获取MessageQueue的Set集合，遍历该集合中的每一个队列，发送Pull的请求（参数中带有队列中的消息偏移量），同时需要Consumer端自己保存消息消费的offset偏移量至本地变量中。在Pull模式下，需要业务应用代码自身去完成比较多的事情，因此在实际应用中用的较少。
（2）Push模式的Consumer端代码如下：

DefaultMQPushConsumer consumer = new DefaultMQPushConsumer("CID_JODIE_1");

在示例代码中，业务工程的应用程序使用Push方式进行消费时，Consumer端注册了一个监听器，Consumer在收到消息后主动调用这个监听器完成消费并进行对应的业务逻辑处理。由此可见，业务应用代码只需要完成消息消费即可，无需参与MQ本身的一些任务处理

4.消息消费的重试

RocketMQ中该怎么保证消息消费失败的重试机制呢？

(拓展：在Kafka中，也可以采用上面那种的消费后的确认机制，通过在Consumer端设置“enable.auto.commit”属性为false后，待业务工程正常处理完消费后，在代码中手动调用KafkaConsumer实例的commitSync()方法提交（ps：这里指的是同步阻塞commit消费的偏移量，等待Broker端的返回响应，需要注意Broker端在对commit请求做出响应之前，消费端会处于阻塞状态，从而限制消息的处理性能和整体吞吐量），以确保消息能够正常被消费。如果在消费过程中，消费端突然Crash，这时候消费偏移量没有commit，等正常恢复后依然还会处理刚刚未commit的消息。)

在介绍RocketMQ的消费重试机制之前，我们先可以熟悉一下RocketMQ中两个重要的概念：重试队列和死信队列。

重试队列：如果Consumer端因为各种类型异常导致本次消费失败，为防止该消息丢失而需要将其重新回发给Broker端保存，保存这种因为异常无法正常消费而回发给MQ的消息队列称之为重试队列。RocketMQ会为每个消费组都设置一个Topic名称为“%RETRY%+consumerGroup”的重试队列（这里需要注意的是，这个Topic的重试队列是针对消费组，而不是针对每个Topic设置的），用于暂时保存因为各种异常而导致Consumer端无法消费的消息。考虑到异常恢复起来需要一些时间，会为重试队列设置多个重试级别，每个重试级别都有与之对应的重新投递延时，重试次数越多投递延时就越大。RocketMQ对于重试消息的处理是先保存至Topic名称为“SCHEDULE_TOPIC_XXXX”的延迟队列中，后台定时任务按照对应的时间进行Delay后重新保存至“%RETRY%+consumerGroup”的重试队列中（具体细节后面会详细阐述）。
    死信队列：由于有些原因导致Consumer端长时间的无法正常消费从Broker端Pull过来的业务消息，为了确保消息不会被无故的丢弃，那么超过配置的“最大重试消费次数”后就会移入到这个死信队列中。在RocketMQ中，SubscriptionGroupConfig配置常量默认地设置了两个参数，一个是retryQueueNums为1（重试队列数量为1个），另外一个是retryMaxTimes为16（最大重试消费的次数为16次）。Broker端通过校验判断，如果超过了最大重试消费次数则会将消息移至这里所说的死信队列。这里，RocketMQ会为每个消费组都设置一个Topic命名为“%DLQ%+consumerGroup"的死信队列。一般在实际应用中，移入至死信队列的消息，需要人工干预处理；

4.1 Consumer端回发消息至Broker端

在业务工程中的Consumer端（Push消费模式下），如果消息能够正常消费需要在注册的消息监听回调方法中返回CONSUME_SUCCESS的消费状态，否则因为各类异常消费失败则返回RECONSUME_LATER的消费状态。消费状态的枚举类型如下所示：

public enum ConsumeConcurrentlyStatus {

如果业务工程对消息消费失败了，那么则会抛出异常并且返回这里的RECONSUME_LATER状态。这里，在消费消息的服务线程—consumeMessageService中，将封装好的消息消费任务ConsumeRequest提交至线程池—consumeExecutor异步执行。从消息消费任务ConsumeRequest的run()方法中会执行业务工程中注册的消息监听回调方法，并在processConsumeResult方法中根据业务工程返回的状态（CONSUME_SUCCESS或者RECONSUME_LATER）进行判断和做对应的处理（下面讲的都是在消费通信模式为集群模型下的，广播模型下的比较简单就不再分析了）。
（1）业务方正常消费（CONSUME_SUCCESS）：

正常情况下，设置ackIndex的值为consumeRequest.getMsgs().size() - 1，因此后面的遍历consumeRequest.getMsgs()消息集合条件不成立，不会调用回发消费失败消息至Broker端的方法—sendMessageBack(msg, context)。最后，更新消费的偏移量；
（2）业务方消费失败（RECONSUME_LATER）：

异常情况下，设置ackIndex的值为-1，这时就会进入到遍历consumeRequest.getMsgs()消息集合的for循环中，执行回发消息的方法—sendMessageBack(msg, context)。这里，首先会根据brokerName得到Broker端的地址信息，然后通过网络通信的Remoting模块发送RPC请求到指定的Broker上，如果上述过程失败，则创建一条新的消息重新发送给Broker，此时新消息的Topic为“%RETRY%+ConsumeGroupName”—重试队列的主题。其中，在MQClientAPIImpl实例的consumerSendMessageBack()方法中封装了ConsumerSendMsgBackRequestHeader的请求体，随后完成回发消费失败消息的RPC通信请求（业务请求码为：CONSUMER_SEND_MSG_BACK）。倘若上面的回发消息流程失败，则会延迟5S后重新在Consumer端进行重新消费。与正常消费的情况一样，在最后更新消费的偏移量；

4.2 Broker端对于回发消息处理的主要流程

Broker端收到这条Consumer端回发过来的消息后，通过业务请求码（CONSUMER_SEND_MSG_BACK）匹配业务处理器—SendMessageProcessor来处理。在完成一系列的前置校验（这里主要是“消费分组是否存在”、“检查Broker是否有写入权限”、“检查重试队列数是否大于0”等）后，尝试获取重试队列的TopicConfig对象（如果是第一次无法获取到，则调用createTopicInSendMessageBackMethod()方法进行创建）。根据回发过来的消息偏移量尝试从commitlog日志文件中查询消息内容，若不存在则返回异常错误。
然后，设置重试队列的Topic—“%RETRY%+consumerGroup”至MessageExt的扩展属性“RETRY_TOPIC”中，并对根据延迟级别delayLevel和最大重试消费次数maxReconsumeTimes进行判断，如果超过最大重试消费次数（默认16次），则会创建死信队列的TopicConfig对象（用于后面将回发过来的消息移入死信队列）。在构建完成需要落盘的MessageExtBrokerInner对象后，调用“commitLog.putMessage(msg)”方法做消息持久化。这里，需要注意的是，在putMessage(msg)的方法里会使用“SCHEDULE_TOPIC_XXXX”和对应的延迟级别队列Id分别替换MessageExtBrokerInner对象的Topic和QueueId属性值，并将原来设置的重试队列主题（“%RETRY%+consumerGroup”）的Topic和QueueId属性值做一个备份分别存入扩展属性properties的“REAL_TOPIC”和“REAL_QID”属性中。看到这里也就大致明白了，回发给Broker端的消费失败的消息并非直接保存至重试队列中，而是会先存至Topic为“SCHEDULE_TOPIC_XXXX”的定时延迟队列中。

疑问：上面说了RocketMQ的重试队列的Topic是“%RETRY%+consumerGroup”，为啥这里要保存至Topic是“SCHEDULE_TOPIC_XXXX”的这个延迟队列中呢？

在源码中搜索下关键字—“SCHEDULE_TOPIC_XXXX”，会发现Broker端还存在着一个后台服务线程—ScheduleMessageService（通过消息存储服务—DefaultMessageStore启动），通过查看源码可以知道其中有一个DeliverDelayedMessageTimerTask定时任务线程会根据Topic（“SCHEDULE_TOPIC_XXXX”）与QueueId，先查到逻辑消费队列ConsumeQueue，然后根据偏移量，找到ConsumeQueue中的内存映射对象，从commitlog日志中找到消息对象MessageExt，并做一个消息体的转换（messageTimeup()方法，由定时延迟队列消息转化为重试队列的消息），再次做持久化落盘，这时候才会真正的保存至重试队列中。看到这里就可以解释上面的疑问了，定时延迟队列只是为了用于暂存的，然后延迟一段时间再将消息移入至重试队列中。RocketMQ设定不同的延时级别delayLevel，并且与定时延迟队列相对应，具体源码如下：

//省略

4.3 Consumer端消费重试机制

每个Consumer实例在启动的时候就默认订阅了该消费组的重试队列主题，DefaultMQPushConsumerImpl的copySubscription()方法中的相关代码如下：

private void copySubscription() throws MQClientException {

因此，这里也就清楚了，Consumer端会一直订阅该重试队列主题的消息，向Broker端发送如下的拉取消息的PullRequest请求，以尝试重新再次消费重试队列中积压的消息。

PullRequest [consumerGroup=CID_JODIE_1, messageQueue=MessageQueuPullRequest [consumerGroup=CID_JODIE_1, messageQueue=MessageQueue [topic=%RETRY%CID_JODIE_1, brokerName=HQSKCJJIDRRD6KC, queueId=0], nextOffset=51]最后，给出一张RocketMQ消息重试机制的框图（ps：这里只是描述了消息消费失败后重试拉取的部分重要过程）：

RocketMQ消息重试机制.jpg