『笔记』可扩展架构设计之消息队列

前言

众所周知，开发低耦合系统是软件开发的终极目标之一。低耦合的系统更加容易扩展，低耦合的模块更加容易复用，更易于维护和管理。我们知道，消息队列的主要功能就是收发消息，但是它的作用不仅仅只是解决应用之间的通信问题这么简单。消息队列作为常用的中间件，经常被用来对系统解耦，对模块解耦。增强系统的可扩展性和模块的可复用性。

除了对用于对系统、模块解耦，消息队列还有以下几种通途：

• 服务异步处理
• 流量控制
• 作为发布 / 订阅系统实现一个微服务级系统间的观察者模式
• 连接流计算任务和数据
• 用于将消息广播给大量接收者

事物的存在总会有对立的一面，引入消息队列可能会带来延迟问题、产生数据不一致的问题、增加系统复杂度的问题等等。

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EDA 架构之生产者与消费者模式

事件驱动架构(Event Driven Architecture, EDA)

EDA 架构原理

事件驱动架构由事件发起者和事件使用者组成。事件的发起者检测或感知事件，并以消息的形式来表示事件。它并不知道事件的使用者或事件引起的结果。

检测到事件后，系统会通过事件通道从事件发起者传输给事件使用者，而事件处理平台则会在该通道中以异步方式处理事件。事件发生时，需要通知事件使用者。他们可能会处理事件，也可能只是受事件的影响。

事件处理平台将对事件做出正确响应，并将活动下发给相应的事件使用者。通过这种下发活动，我们就可以看到事件的结果。

检测到事件后，系统会通过事件通道从事件发起者传输给事件使用者，而事件处理平台则会在该通道中以异步方式处理事件。事件发生时，需要通知事件使用者。他们可能会处理事件，也可能只是受事件的影响。

事件处理平台将对事件做出正确响应，并将活动下发给相应的事件使用者。通过这种下发活动，我们就可以看到事件的结果。

生产者-消费者模型

操作系统中常见的 EDA 架构就是生产者-消费者模型。消息队列常用来作为生产者和消费者之间的缓冲带，平衡生产者和消费者的处理能同时对服务进行解耦。有了这层缓冲带，生产者和消费者可能都不知道对方的存在。

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以下为生产者-消费者模型的简单实现，(内存消息队列)

import time

from queue import Queue
from random import randint
from threading import Thread

class Producer(Thread):
    def __init__(self, queue):
        super().__init__()
        self.queue = queue

    def run(self):
        while True:
            productA = randint(0, 10)
            productB = randint(90, 100)
            print('Produce A「number」: {}, Produce B「number」: {}'.format(productA, productB))
            self.queue.put((productA, productB))
            time.sleep(2)

class Consumer(Thread):
    def __init__(self, queue):
        super().__init__()
        self.queue = queue

    def run(self):
        while True:
            # block=True, if queue is empty, block(阻塞)
            products_tuple = self.queue.get(block=True)
            print(f'Consume products: {products_tuple[0]} & {products_tuple[1]}')
            time.sleep(randint(0, 10))

def main():
    queue = Queue()
    producer = Producer(queue)
    consumer = Consumer(queue)

    producer.start()
    consumer.start()

main()
"""
Produce A「number」: 8, Produce B「number」: 95
Consume products: 8 & 95
Produce A「number」: 4, Produce B「number」: 92
Consume products: 4 & 92
Produce A「number」: 9, Produce B「number」: 90
... """

基于ZeroMQ PubSub模式的观察者模式实例

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<fancybox></fancybox>

# publisher1.py
import time
import zmq

def publisher1():
    context = zmq.Context()
    socket = context.socket(zmq.PUB)
    socket.bind("tcp://*:5555")

    while True:
        count = 99

        while True:
            time.sleep(1)
            socket.send_string('publisher1 pushes event %d' % count)
            print('push event %d' % count)
            count += 1

if __name__ == "__main__":
    publisher1()

# publisher2.py

import time
import zmq

def publisher2():
    context = zmq.Context()
    socket = context.socket(zmq.PUB)
    socket.bind("tcp://*:5556")

    while True:
        count = 1

        while True:
            time.sleep(1)
            socket.send_string('publisher2 pushes event %d' % count)
            print('push event %d' % count)
            count += 1

if __name__ == "__main__":
    publisher2()

# subscriber1.py

import zmq

def subscriber1():
    context = zmq.Context()
    socket = context.socket(zmq.SUB)
    socket.connect('tcp://127.0.0.1:5555')
    socket.connect('tcp://127.0.0.1:5556')
    socket.setsockopt_string(zmq.SUBSCRIBE, '')

    while True:
        message = socket.recv()
        print('message: %s' % message)

if __name__ == "__main__":
    subscriber1()

# subscriber2.py

import zmq

def subscriber2():
    context = zmq.Context()
    socket = context.socket(zmq.SUB)
    socket.connect('tcp://127.0.0.1:5555')
    socket.connect('tcp://127.0.0.1:5556')
    socket.setsockopt_string(zmq.SUBSCRIBE, '')

    while True:
        message = socket.recv()
        print('message: %s' % message)

if __name__ == "__main__":
    subscriber2()

秒杀系统的架构设计与消息队列

某秒杀系统的主要处理步骤如下：

• 风险控制
• 库存锁定
• 生成订单
• 短信通知
• 更新统计数据

使用消息队列进行异步处理

由于秒杀成功的关键取决于风险控制、库存锁定这两步骤，所以 server 端处理了这两步之后可以给 client 端返回结果了，后续的步骤可放入消息队列中异步执行。不一定要在秒杀请求中完成。集中资源处理关键步骤（同步），碎片时间（全部秒杀请求处理结束）处理次要步骤（异步）。

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使用消息队列进行流量控制(削峰)

秒杀开始后，将超过 server 端处理上限（短时间内）的秒杀请求放入消息队列中，后续有能力处理时再对消息队列中消费请求进行处理。对于超时的请求可以直接丢弃（秒杀失败）。

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参考

• 大型网站技术架构
• 什么是事件驱动架构
• 为什么需要消息队列-极客时间
• ZeroMQ
• pyzmq

本文由博客一文多发平台 OpenWrite 发布！