【RabbitMQ】2 RabbitMQ介绍与架构

简介

RabbitMQ，俗称“兔子MQ”（可见其轻巧，敏捷），是目前非常热门的一款开源消息中间件，不管是互联网行业还是传统行业都广泛使用（最早是为了解决电信行业系统之间的可靠通信而设计）。

1. 高可靠性、易扩展、高可用、功能丰富等
2. 支持大多数（甚至冷门）的编程语言客户端。
3. RabbitMQ遵循AMQP协议，自身采用Erlang（一种由爱立信开发的通用面向并发编程的语言）编写。
4. RabbitMQ也支持MQTT等其他协议

RabbitMQ具有很强大的插件扩展能力，官方和社区提供了非常丰富的插件可供选择：https://www.rabbitmq.com/community-plugins.html

架构

在使用RabbitMQ的系统里有三个主要的组成部分：

1. 生产者（producer）：负责发送消息的程序

2. 队列（queue）：相当于在RabbitMQ中的邮箱。尽管消息在RabbitMQ和你的应用中流动，但消息只会存储在队列中。它本质上是一个很大的消息缓冲区。多个生产者可以发送消息到同一个队列，并且多个消费者可以接受同一个队列的消息。

3. 消费者（consumer）：可以理解为接受者，是一个一直等待接受消息的程序。

另外还有四个主要的概念：

1. 交换机（exchange）：生产者发送消息时经过交换机，交换机根据特定的模式（direct(默认)，fanout, topic, 和headers）转发消息到队列，不做消息存储 。
2. 信道（channel）：程序和rabbitmq打交道的通道，消息发送到交换机和消息从队列到消费者，都需要经过信道。
3. 绑定（binding）：将一个特定的 Exchange 和一个特定的 Queue 绑定起来。
4. 虚拟主机（virtual host）：一个虚拟主机包含一组交换机、队列和绑定。RabbitMQ当中，用户只能在虚拟主机的粒度进行权限控制。

注意：

• 生产者、消费者以及消息中间件很多时候并不在同一台机器上。

• 同一个应用程序既可以是生产者也可以是消费者。

Connection 和Channel关系

生产者和消费者，需要与RabbitMQ Broker 建立TCP连接，也就是Connection 。一旦TCP 连接建立起来，客户端紧接着创建一个AMQP 信道（Channel），每个信道都会被指派一个唯一的ID。信道是建立在Connection 之上的虚拟连接， RabbitMQ 处理的每条AMQP 指令都是通过信道完成的。

为什么不直接使用TCP连接，而是使用信道？

RabbitMQ 采用类似NIO的做法，复用TCP 连接，减少性能开销，便于管理。当每个信道的流量不是很大时，复用单一的Connection 可以在产生性能瓶颈的情况下有效地节省TCP 连接资源。

当信道本身的流量很大时，一个Connection 就会产生性能瓶颈，流量被限制。需要建立多个Connection ，分摊信道。具体的调优看业务需要。

信道在AMQP 中是一个很重要的概念，大多数操作都是在信道这个层面进行的。

RabbitMQ 相关的API与AMQP紧密相连，比如channel.basicPublish 对应AMQP 的Basic.Publish命令。

工作流程

生产者发送消息的流程

1. 生产者连接RabbitMQ，建立TCP连接( Connection)，开启信道（Channel）
2. 生产者声明一个Exchange（交换器），并设置相关属性，比如交换器类型、是否持久化等
3. 生产者声明一个队列井设置相关属性，比如是否排他、是否持久化、是否自动删除等
4. 生产者通过 bindingKey （绑定Key）将交换器和队列绑定（ binding ）起来
5. 生产者发送消息至RabbitMQ Broker，其中包含 routingKey （路由键）、交换器等信息
6. 相应的交换器根据接收到的 routingKey 查找相匹配的队列。
7. 如果找到，则将从生产者发送过来的消息存入相应的队列中。
8. 如果没有找到，则根据生产者配置的属性选择丢弃还是回退给生产者
9. 关闭信道。
10. 关闭连接。

消费者接收消息的过程

1. 消费者连接到RabbitMQ Broker ，建立一个连接(Connection ) ，开启一个信道(Channel) 。
2. 消费者向RabbitMQ Broker 请求消费相应队列中的消息，可能会设置相应的回调函数， 以及做一些准备工作
3. 等待RabbitMQ Broker 回应并投递相应队列中的消息， 消费者接收消息。
4. 消费者确认( ack) 接收到的消息。
5. RabbitMQ 从队列中删除相应己经被确认的消息。
6. 关闭信道。
7. 关闭连接。

RabbitMQ数据存储

存储机制

RabbitMQ消息有两种类型：

1. 持久化消息和非持久化消息。
2. 这两种消息都会被写入磁盘。

持久化消息在到达队列时写入磁盘，同时会内存中保存一份备份，当内存吃紧时，消息从内存中清除。这会提高一定的性能。

非持久化消息一般只存于内存中，当内存压力大时数据刷盘处理，以节省内存空间。

RabbitMQ存储层包含两个部分：队列索引和消息存储

队列索引：rabbit_queue_index

索引维护队列的落盘消息的信息，如存储地点、是否已被给消费者接收、是否已被消费者ack等。每个队列都有相对应的索引。

索引使用顺序的段文件来存储，后缀为.idx，文件名从0开始累加，每个段文件中包含固定的segment_entry_count 条记录，默认值是16384。每个index从磁盘中读取消息的时候，至少要在内存中维护一个段文件，所以设置queue_index_embed_msgs_below 值得时候要格外谨慎，一点点增大也可能会引起内存爆炸式增长。

消息存储：rabbit_msg_store

消息以键值对的形式存储到文件中，一个虚拟主机上的所有队列使用同一块存储，每个节点只有一个。存储分为持久化存储（msg_store_persistent）和短暂存储（msg_store_transient）。持久化存储的内容在broker重启后不会丢失，短暂存储的内容在broker重启后丢失。

store使用文件来存储，后缀为.rdq，经过store处理的所有消息都会以追加的方式写入到该文件中，当该文件的大小超过指定的限制（file_size_limit）后，将会关闭该文件并创建一个新的文件以供新的消息写入。文件名从0开始进行累加。在进行消息的存储时，RabbitMQ会在ETS（Erlang TermStorage）表中记录消息在文件中的位置映射和文件的相关信息。

消息（包括消息头、消息体、属性）可以直接存储在index中，也可以存储在store中。最佳的方式是较小的消息存在index中，而较大的消息存在store中。这个消息大小的界定可以通过queue_index_embed_msgs_below 来配置，默认值为4096B。当一个消息小于设定的大小阈值时，就可以存储在index中，这样性能上可以得到优化。一个完整的消息大小小于这个值，就放到索引中，否则放到持久化消息文件中。

读取消息时，先根据消息的ID（msg_id）找到对应存储的文件，如果文件存在并且未被锁住，则直接打开文件，从指定位置读取消息内容。如果文件不存在或者被锁住了，则发送请求由store进行处理。

删除消息时，只是从ETS表删除指定消息的相关信息，同时更新消息对应的存储文件和相关信息。在执行消息删除操作时，并不立即对文件中的消息进行删除，也就是说消息依然在文件中，仅仅是标记为垃圾数据而已。当一个文件中都是垃圾数据时可以将这个文件删除。当检测到前后两个文件中的有效数据可以合并成一个文件，并且所有的垃圾数据的大小和所有文件（至少有3个文件存在的情况下）的数据大小的比值超过设置的阈值garbage_fraction（默认值0.5）时，才会触发垃圾回收，将这两个文件合并，执行合并的两个文件一定是逻辑上相邻的两个文件。

安装和配置RabbitMQ

RabbitMQ的安装需要首先安装Erlang，因为它是基于Erlang的VM运行的。

RabbitMQ需要的依赖：socat和logrotate，logrotate操作系统中已经存在了，只需要安装socat就可以了。

RabbitMQ与Erlang的兼容关系详见：https://www.rabbitmq.com/which-erlang.htm

1、安装依赖：

yum install socat -y

2、安装Erlang

erlang-23.0.2-1.el7.x86_64.rpm下载地址：https://github.com/rabbitmq/erlang-rpm/releases/download/v23.0.2/erlang-23.0.2-1.el7.x86_64.rpm

首先将erlang-23.0.2-1.el7.x86_64.rpm上传至服务器，然后执行下述命令：

rpm -ivh erlang-23.0.2-1.el7.x86_64.rpm

3、安装RabbitMQ

rabbitmq-server-3.8.4-1.el7.noarch.rpm下载地址：

https://github.com/rabbitmq/rabbitmq-server/releases/download/v3.8.5/rabbitmq-server-3.8.5-1.el7.noarch.rpm

首先将rabbitmq-server-3.8.4-1.el7.noarch.rpm上传至服务器，然后执行下述命令：

rpm -ivh rabbitmq-server-3.8.4-1.el7.noarch.rpm

4、启用RabbitMQ的管理插件

rabbitmq-plugins enable rabbitmq_management

5、开启RabbitMQ

systemctl start rabbitmq-server
# 或者
rabbitmq-server
# 或者后台启动
rabbitmq-server -detached 1

6、添加用户

rabbitmqctl add_user root 123456

7、给用户添加权限

给root用户在虚拟主机"/"上的配置、写、读的权限

rabbitmqctl set_permissions root -p / ".*" ".*" ".*"

8、给用户设置标签

rabbitmqctl set_user_tags root administrator

9、打开浏览器，访问http:/IP地址:15672

界面如下

10、使用刚才创建的用户登录

RabbitMQ常用操作命令

# 前台启动Erlang VM和RabbitMQ 
rabbitmq-server 

# 后台启动 
rabbitmq-server -detached

# 停止RabbitMQ和Erlang VM 
rabbitmqctl stop 

# 查看所有队列 
rabbitmqctl list_queues 

# 查看所有虚拟主机 
rabbitmqctl list_vhosts 

# 在Erlang VM运行的情况下启动RabbitMQ应用 
rabbitmqctl start_app rabbitmqctl stop_app 

# 查看节点状态 
rabbitmqctl status 

# 查看所有可用的插件
rabbitmq-plugins list 
# 启用插件 
rabbitmq-plugins enable <plugin-name> 
# 停用插件 
rabbitmq-plugins disable <plugin-name>

# 添加用户 
rabbitmqctl add_user username password 
# 列出所有用户： 
rabbitmqctl list_users 
# 删除用户： 
rabbitmqctl delete_user username 
# 清除用户权限： 
rabbitmqctl clear_permissions -p vhostpath username 
# 列出用户权限： 
rabbitmqctl list_user_permissions username 
# 修改密码：
rabbitmqctl change_password username newpassword 
# 设置用户权限： 
rabbitmqctl set_permissions -p vhostpath username ".*" ".*" ".*" 

# 创建虚拟主机: 
rabbitmqctl add_vhost vhostpath 
# 列出所以虚拟主机: 
rabbitmqctl list_vhosts 
# 列出虚拟主机上的所有权限: 
rabbitmqctl list_permissions -p vhostpath 
# 删除虚拟主机: 
rabbitmqctl delete_vhost vhost vhostpath 

# 移除所有数据，要在 rabbitmqctl stop_app 之后使用: 
rabbitmqctl reset