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四种策略确保 RabbitMQ 消息发送可靠性!你用哪种?

江南一点雨

@[toc]
微服务可以设计成消息驱动的微服务,响应式系统也可以基于消息中间件来做,从这个角度来说,在互联网应用开发中,消息中间件真的是太重要了。

今天,以 RabbitMQ 为例,松哥来和大家聊一聊消息中间消息发送可靠性的问题。

注意,以下内容我主要和大家讨论如何确保消息生产者将消息发送成功,并不涉及消息消费的问题。

1. RabbitMQ 消息发送机制

大家知道,RabbitMQ 中的消息发送引入了 Exchange(交换机)的概念,消息的发送首先到达交换机上,然后再根据既定的路由规则,由交换机将消息路由到不同的 Queue(队列)中,再由不同的消费者去消费。

大致的流程就是这样,所以要确保消息发送的可靠性,主要从两方面去确认:

  1. 消息成功到达 Exchange
  2. 消息成功到达 Queue

如果能确认这两步,那么我们就可以认为消息发送成功了。

如果这两步中任一步骤出现问题,那么消息就没有成功送达,此时我们可能要通过重试等方式去重新发送消息,多次重试之后,如果消息还是不能到达,则可能就需要人工介入了。

经过上面的分析,我们可以确认,要确保消息成功发送,我们只需要做好三件事就可以了:

  1. 确认消息到达 Exchange。
  2. 确认消息到达 Queue。
  3. 开启定时任务,定时投递那些发送失败的消息。

2. RabbitMQ 的努力

上面提出的三个步骤,第三步需要我们自己实现,前两步 RabbitMQ 则有现成的解决方案。

如何确保消息成功到达 RabbitMQ?RabbitMQ 给出了两种方案:

  1. 开启事务机制
  2. 发送方确认机制

这是两种不同的方案,不可以同时开启,只能选择其中之一,如果两者同时开启,则会报如下错误:

我们分别来看。以下所有案例都在 Spring Boot 中展开,文末可以下载相关源码。

2.1 开启事务机制

Spring Boot 中开启 RabbitMQ 事务机制的方式如下:

首先需要先提供一个事务管理器,如下:

@Bean
RabbitTransactionManager transactionManager(ConnectionFactory connectionFactory) {
    return new RabbitTransactionManager(connectionFactory);
}

接下来,在消息生产者上面做两件事:添加事务注解并设置通信信道为事务模式:

@Service
public class MsgService {
    @Autowired
    RabbitTemplate rabbitTemplate;

    @Transactional
    public void send() {
        rabbitTemplate.setChannelTransacted(true);
        rabbitTemplate.convertAndSend(RabbitConfig.JAVABOY_EXCHANGE_NAME,RabbitConfig.JAVABOY_QUEUE_NAME,"hello rabbitmq!".getBytes());
        int i = 1 / 0;
    }
}

这里注意两点:

  1. 发送消息的方法上添加 @Transactional 注解标记事务。
  2. 调用 setChannelTransacted 方法设置为 true 开启事务模式。

这就 OK 了。

在上面的案例中,我们在结尾来了个 1/0 ,这在运行时必然抛出异常,我们可以尝试运行该方法,发现消息并未发送成功。

当我们开启事务模式之后,RabbitMQ 生产者发送消息会多出四个步骤:

  1. 客户端发出请求,将信道设置为事务模式。
  2. 服务端给出回复,同意将信道设置为事务模式。
  3. 客户端发送消息。
  4. 客户端提交事务。
  5. 服务端给出响应,确认事务提交。

上面的步骤,除了第三步是本来就有的,其他几个步骤都是平白无故多出来的。所以大家看到,事务模式其实效率有点低,这并非一个最佳解决方案。我们可以想想,什么项目会用到消息中间件?一般来说都是一些高并发的项目,这个时候并发性能尤为重要。

所以,RabbitMQ 还提供了发送方确认机制(publisher confirm)来确保消息发送成功,这种方式,性能要远远高于事务模式,一起来看下。

2.2 发送方确认机制

2.2.1 单条消息处理

首先我们移除刚刚关于事务的代码,然后在 application.properties 中配置开启消息发送方确认机制,如下:

spring.rabbitmq.publisher-confirm-type=correlated
spring.rabbitmq.publisher-returns=true

第一行是配置消息到达交换器的确认回调,第二行则是配置消息到达队列的回调。

第一行属性的配置有三个取值:

  1. none:表示禁用发布确认模式,默认即此。
  2. correlated:表示成功发布消息到交换器后会触发的回调方法。
  3. simple:类似 correlated,并且支持 waitForConfirms()waitForConfirmsOrDie() 方法的调用。

接下来我们要开启两个监听,具体配置如下:

@Configuration
public class RabbitConfig implements RabbitTemplate.ConfirmCallback, RabbitTemplate.ReturnsCallback {
    public static final String JAVABOY_EXCHANGE_NAME = "javaboy_exchange_name";
    public static final String JAVABOY_QUEUE_NAME = "javaboy_queue_name";
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RabbitConfig.class);
    @Autowired
    RabbitTemplate rabbitTemplate;
    @Bean
    Queue queue() {
        return new Queue(JAVABOY_QUEUE_NAME);
    }
    @Bean
    DirectExchange directExchange() {
        return new DirectExchange(JAVABOY_EXCHANGE_NAME);
    }
    @Bean
    Binding binding() {
        return BindingBuilder.bind(queue())
                .to(directExchange())
                .with(JAVABOY_QUEUE_NAME);
    }

    @PostConstruct
    public void initRabbitTemplate() {
        rabbitTemplate.setConfirmCallback(this);
        rabbitTemplate.setReturnsCallback(this);
    }

    @Override
    public void confirm(CorrelationData correlationData, boolean ack, String cause) {
        if (ack) {
            logger.info("{}:消息成功到达交换器",correlationData.getId());
        }else{
            logger.error("{}:消息发送失败", correlationData.getId());
        }
    }

    @Override
    public void returnedMessage(ReturnedMessage returned) {
        logger.error("{}:消息未成功路由到队列",returned.getMessage().getMessageProperties().getMessageId());
    }
}

关于这个配置类,我说如下几点:

  1. 定义配置类,实现 RabbitTemplate.ConfirmCallbackRabbitTemplate.ReturnsCallback 两个接口,这两个接口,前者的回调用来确定消息到达交换器,后者则会在消息路由到队列失败时被调用。
  2. 定义 initRabbitTemplate 方法并添加 @PostConstruct 注解,在该方法中为 rabbitTemplate 分别配置这两个 Callback。

这就可以了。

接下来我们对消息发送进行测试。

首先我们尝试将消息发送到一个不存在的交换机中,像下面这样:

rabbitTemplate.convertAndSend("RabbitConfig.JAVABOY_EXCHANGE_NAME",RabbitConfig.JAVABOY_QUEUE_NAME,"hello rabbitmq!".getBytes(),new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString()));

注意第一个参数是一个字符串,不是变量,这个交换器并不存在,此时控制台会报如下错误:

接下来我们给定一个真实存在的交换器,但是给一个不存在的队列,像下面这样:

rabbitTemplate.convertAndSend(RabbitConfig.JAVABOY_EXCHANGE_NAME,"RabbitConfig.JAVABOY_QUEUE_NAME","hello rabbitmq!".getBytes(),new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString()));

注意此时第二个参数是一个字符串,不是变量。

可以看到,消息虽然成功达到交换器了,但是没有成功路由到队列(因为队列不存在)。

这是一条消息的发送,我们再来看看消息的批量发送。

2.2.2 消息批量处理

如果是消息批量处理,那么发送成功的回调监听是一样的,这里不再赘述。

这就是 publisher-confirm 模式。

相比于事务,这种模式下的消息吞吐量会得到极大的提升。

3. 失败重试

失败重试分两种情况,一种是压根没找到 MQ 导致的失败重试,另一种是找到 MQ 了,但是消息发送失败了。

两种重试我们分别来看。

3.1 自带重试机制

前面所说的事务机制和发送方确认机制,都是发送方确认消息发送成功的办法。如果发送方一开始就连不上 MQ,那么 Spring Boot 中也有相应的重试机制,但是这个重试机制就和 MQ 本身没有关系了,这是利用 Spring 中的 retry 机制来完成的,具体配置如下:

spring.rabbitmq.template.retry.enabled=true
spring.rabbitmq.template.retry.initial-interval=1000ms
spring.rabbitmq.template.retry.max-attempts=10
spring.rabbitmq.template.retry.max-interval=10000ms
spring.rabbitmq.template.retry.multiplier=2

从上往下配置含义依次是:

  • 开启重试机制。
  • 重试起始间隔时间。
  • 最大重试次数。
  • 最大重试间隔时间。
  • 间隔时间乘数。(这里配置间隔时间乘数为 2,则第一次间隔时间 1 秒,第二次重试间隔时间 2 秒,第三次 4 秒,以此类推)

配置完成后,再次启动 Spring Boot 项目,然后关掉 MQ,此时尝试发送消息,就会发送失败,进而导致自动重试。

3.2 业务重试

业务重试主要是针对消息没有到达交换器的情况。

如果消息没有成功到达交换器,根据我们第二小节的讲解,此时就会触发消息发送失败回调,在这个回调中,我们就可以做文章了!

整体思路是这样:

  1. 首先创建一张表,用来记录发送到中间件上的消息,像下面这样:

每次发送消息的时候,就往数据库中添加一条记录。这里的字段都很好理解,有三个我额外说下:

  • status:表示消息的状态,有三个取值,0,1,2 分别表示消息发送中、消息发送成功以及消息发送失败。
  • tryTime:表示消息的第一次重试时间(消息发出去之后,在 tryTime 这个时间点还未显示发送成功,此时就可以开始重试了)。
  • count:表示消息重试次数。

其他字段都很好理解,我就不一一啰嗦了。

  1. 在消息发送的时候,我们就往该表中保存一条消息发送记录,并设置状态 status 为 0,tryTime 为 1 分钟之后。
  2. 在 confirm 回调方法中,如果收到消息发送成功的回调,就将该条消息的 status 设置为1(在消息发送时为消息设置 msgId,在消息发送成功回调时,通过 msgId 来唯一锁定该条消息)。
  3. 另外开启一个定时任务,定时任务每隔 10s 就去数据库中捞一次消息,专门去捞那些 status 为 0 并且已经过了 tryTime 时间记录,把这些消息拎出来后,首先判断其重试次数是否已超过 3 次,如果超过 3 次,则修改该条消息的 status 为 2,表示这条消息发送失败,并且不再重试。对于重试次数没有超过 3 次的记录,则重新去发送消息,并且为其 count 的值+1。

大致的思路就是上面这样,松哥这里就不给出代码了,松哥的 vhr 里边邮件发送就是这样的思路来处理的,完整代码大家可以参考 vhr 项目(https://github.com/lenve/vhr)。

当然这种思路有两个弊端:

  1. 去数据库走一遭,可能拖慢 MQ 的 Qos,不过有的时候我们并不需要 MQ 有很高的 Qos,所以这个应用时要看具体情况。
  2. 按照上面的思路,可能会出现同一条消息重复发送的情况,不过这都不是事,我们在消息消费时,解决好幂等性问题就行了。

当然,大家也要注意,消息是否要确保 100% 发送成功,也要看具体情况。

4. 小结

好啦,这就是关于消息生产者的一些常见问题以及对应的解决方案,下篇文章松哥和大家探讨如果保证消息消费成功并解决幂等性问题。

本文涉及到的相关源代码大家可以在这里下载:https://github.com/lenve/java...

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