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MQ消息队列（二）——RabbitMQ进阶，保证消息的可靠性

news 来源：原创 2024/4/23 22:55:23

一、服务的异步通信

消息队列在使用过程中，面临着许多问题需要思考：
在这里插入图片描述

二、消息的可靠性

消息从发出，到消费者的接收，会经过多个过程：
在这里插入图片描述1.其中的每一步都可能导致消息丢失，常见的丢失原因包括：

  • 发送时丢失：
    • 生产者发送的消息未送达exchange
    • 消息到达exchange后未到达queue
  • MQ宕机，queue将消息丢失
  • consumer接收到消息后未消费就宕机

2.针对这些问题，RabbitMQ分别给出了解决方案：

  • 生产者确认机制
  • mq持久化
  • 消费者确认机制
  • 失败重试机制
    下面经这几个方案细说

2.1 生产者确认机制

RabbitMQ提供了publisher confirm机制来避免消息发送到MQ过程中丢失。这种机制必须给每个消息指定一个唯一ID。消息发送到MQ以后，会返回一个结果给发送者，表示消息是否处理成功。
返回结果有两种方式：

  • publisher-confirm，发送者确认
    • 消息成功投递到交换机，返回ack
    • 消息未投递到交换机，返回nack
  • publisher-return，发送者回执
    • 消息投递到交换机了，但是没有路由到队列。返回ACK，及路由失败原因。
      在这里插入图片描述确认机制发送消息时，需要给每个消息设置一个全局唯一ID，以区分不同消息，避免ack冲突。

2.1.1修改配置

首先修改消息发送者服务中的application.yml，添加以下内容：

spring:
  rabbitmq:
    publisher-confirm-type: correlated
    publisher-returns: true
    template:
      mandatory: true

说明：

  • publish-confirm-type：开启publisher-confirm，这里支持两种类型：
    • simple：同步等待confirm结果，直到超时
    • correlated：异步回调，定义ConfirmCallback，MQ返回结果时会回调这个ConfirmCallback
  • publish-returns：开启publish-return功能，同样是基于callback机制，不过是定义ReturnCallback
  • template.mandatory：定义消息路由失败时的策略。true，则调用ReturnCallback；false：则直接丢弃消息

2.1.2定义Return回调

每个RabbitTemplate只能配置一个ReturnCallback，因此需要在项目加载时配置：
所以在消息发送者的配置类中添加如下代码：

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.amqp.rabbit.core.RabbitTemplate;
import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.ApplicationContextAware;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Slf4j
@Configuration
public class CommonConfig implements ApplicationContextAware {
    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        // 获取RabbitTemplate
        RabbitTemplate rabbitTemplate = applicationContext.getBean(RabbitTemplate.class);
        // 设置ReturnCallback
        rabbitTemplate.setReturnCallback((message, replyCode, replyText, exchange, routingKey) -> {
            // 投递失败，记录日志
            log.info("消息发送失败，应答码{}，原因{}，交换机{}，路由键{},消息{}",
                     replyCode, replyText, exchange, routingKey, message.toString());
            // 如果有业务需要，可以重发消息
        });
    }
}

2.1.3定义ConfirmCallback

ConfirmCallback可以在发送消息时指定，因为每个业务处理confirm成功或失败的逻辑不一定相同。
在publisher服务的cn.chen.mq.spring.SpringAmqpTest类中，定义一个单元测试方法：

 @Test
    public void testSendMessage2SimpleQueue() throws InterruptedException {
//        1.准备路由key
        String routingKey = "simple";
//        2.准备发送的消息消息
        String message = "hello, spring amqp!";
//        3.准备CorrelationData
//        3.1准备消息ID
        CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());
//        3.2准备ConfirmCallback,包含成功回复和失败回复
//        未使用拉姆达表达式
       /* correlationData.getFuture().addCallback(new SuccessCallback<CorrelationData.Confirm>() {
            @Override
            public void onSuccess(CorrelationData.Confirm confirm) {

            }
        }, new FailureCallback() {
            @Override
            public void onFailure(Throwable throwable) {

            }
        });*/
        correlationData.getFuture().addCallback(result -> {
//           判断结果
            if (result.isAck()) {
                log.debug("消息成功投递到交换机,消息ID是：{}", correlationData.getId());
            } else {
                log.error("消息投递到交换机失败！消息ID是：{}", correlationData.getId());
            }
        }, ex -> {
//            发送工程中出现异常
//            记录日志
            log.error("消息投递发生异常！消息ID是：{}，原因：{}", correlationData.getId(),ex.getMessage());
        });
        rabbitTemplate.convertAndSend("camq.topic", routingKey, message, correlationData);
    }

2.2消息的持久化

生产者确认可以确保消息发送到RabbitMQ的队列中，但是消息发送到RabbitMQ中后，如果突然宕机也会导致消息的丢失。
想要确保消息在RabbitMQ的队列中，必须开启消息持久化机制：
其实由SpringAMQP声明的队列和交换机都是持久化的

  • 交换机持久化
  • 队列持久化
  • 消息持久化

2.2.1交换机持久化

SrpingAMQP中可以通过代码实现交换机的持久化：

import org.springframework.amqp.core.*;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class CommonConfig {
//创建持久化队列和交换机实例

    @Bean
    public DirectExchange simpleDirect(){
        return new DirectExchange("simple.direct",true,false);
    }
}

在RabbitMQ控制台上持久化的交换机都会有“D”：
在这里插入图片描述

2.2.2队列持久化

import org.springframework.amqp.core.*;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class CommonConfig {
//创建持久化交换机实例

    @Bean
    public DirectExchange simpleDirect(){
        return new DirectExchange("simple.direct",true,false);
    }
    
//创建持久化队列
    @Bean
    public Queue simpleQueue(){
        return QueueBuilder.durable("simple.queue").build();
    }
}

可以在RabbitMQ控制台看到持久化的队列都会带上D的标示：
在这里插入图片描述

2.2.3消息持久化

利用SpringAMQP发送消息时，可以设置消息的属性（MessageProperties），指定delivery-mode：

  • 1：非持久化
  • 2：持久化
    //    持久化消息
    @Test
    public void testDurableMessage() {
//        1.准备消息
        Message message = MessageBuilder.withBody("hello,spring".getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
                .setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.PERSISTENT)
                .build();
        CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());
//        2.发送消息
        rabbitTemplate.convertAndSend("simple.queue", message,correlationData);
    }

2.3消费者确认机制

RabbitMQ是阅后即焚机制，RabbitMQ确认消息被消费者消费后会立刻删除。
而RabbitMQ是通过消费者回执来确认消费者是否成功处理消息的：消费者获取消息后，应该向RabbitMQ发送ACK回执，表明自己已经处理消息。
设想这样的场景：

  • 1）RabbitMQ投递消息给消费者
  • 2）消费者获取消息后，返回ACK给RabbitMQ
  • 3）RabbitMQ删除消息
  • 4）消费者宕机，消息尚未处理

这样，消息就丢失了。因此消费者返回ACK的时机非常重要。

而SpringAMQP则允许配置三种确认模式：

  • manual：手动ack，需要在业务代码结束后，调用api发送ack。

  • auto：自动ack，由spring监测listener代码是否出现异常，没有异常则返回ack；抛出异常则返回nack

  • none：关闭ack，MQ假定消费者获取消息后会成功处理，因此消息投递后立即被删除

由此可知：

  • none模式下，消息投递是不可靠的，可能丢失
  • auto模式类似事务机制，出现异常时返回nack，消息回滚到mq；没有异常，返回ack
  • manual：自己根据业务情况，判断什么时候该ack

一般，我们都是使用默认的auto即可。

2.3.1对none模式进行演示

修改consumer服务的application.yml文件，添加下面内容：

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        acknowledge-mode: none # 关闭ack

修改consumer服务的SpringRabbitListener类中的方法，模拟一个消息处理异常：

@RabbitListener(queues = "simple.queue")
public void listenSimpleQueue(String msg) {
    log.info("消费者接收到simple.queue的消息：【{}】", msg);
    // 模拟异常
    System.out.println(1 / 0);
    log.debug("消息处理完成！");
}

测试可以发现，当消息处理抛异常时，消息依然被RabbitMQ删除了。

2.3.2 对auto模式的演示

修改consumer服务的application.yml文件，添加下面内容：

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        acknowledge-mode: auto # 关闭ack

在异常位置打断点，再次发送消息，程序卡在断点时，可以发现此时消息状态为unack（未确定状态）：
在这里插入图片描述抛出异常后，因为Spring会自动返回nack，所以消息恢复至Ready状态，并且没有被RabbitMQ删除：
在这里插入图片描述但是在控制太重使用auto模式会出现一个问题：就是会一直在后端控制台输出重试日志，不会停。所以我们需要控制一下失败重试机制。

2.4消费者失败重试机制

当消费者出现异常后，消息会不断requeue（重入队）到队列，再重新发送给消费者，然后再次异常，再次requeue，无限循环，导致mq的消息处理飙升，带来不必要的压力：
在这里插入图片描述

2.4.1结局方式：本地重试

我们可以利用Spring的retry机制，在消费者出现异常时利用本地重试，而不是无限制的requeue到mq队列。
修改consumer服务的application.yml文件，添加内容：

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        retry:
          enabled: true # 开启消费者失败重试
          initial-interval: 1000 # 初识的失败等待时长为1秒
          multiplier: 1 # 失败的等待时长倍数，下次等待时长 = multiplier * last-interval
          max-attempts: 3 # 最大重试次数
          stateless: true # true无状态；false有状态。如果业务中包含事务，这里改为false

重启consumer服务，重复之前的测试。可以发现：

  • 在重试3次后，SpringAMQP会抛出异常AmqpRejectAndDontRequeueException，说明本地重试触发了
  • 查看RabbitMQ控制台，发现消息被删除了，说明最后SpringAMQP返回的是ack，mq删除消息了

结论：

  • 开启本地重试时，消息处理过程中抛出异常，不会requeue到队列，而是在消费者本地重试
  • 重试达到最大次数后，Spring会返回ack，消息会被丢弃

2.4.2失败策略

在之前的测试中，达到最大重试次数后，消息会被丢弃，这是由Spring内部机制决定的。

在开启重试模式后，重试次数耗尽，如果消息依然失败，则需要有MessageRecovery接口来处理，它包含三种不同的实现：

  • RejectAndDontRequeueRecoverer：重试耗尽后，直接reject，丢弃消息。默认就是这种方式

  • ImmediateRequeueMessageRecoverer：重试耗尽后，返回nack，消息重新入队

  • RepublishMessageRecoverer：重试耗尽后，将失败消息投递到指定的交换机（推荐）

比较推荐的一种处理方案是RepublishMessageRecoverer，失败后将消息投递到一个指定的，专门存放异常消息的队列，后续由人工集中处理。
在consumer服务中定义处理失败消息的队列和交换机：

import org.springframework.amqp.core.Binding;
import org.springframework.amqp.core.BindingBuilder;
import org.springframework.amqp.core.DirectExchange;
import org.springframework.amqp.core.Queue;
import org.springframework.amqp.rabbit.core.RabbitTemplate;
import org.springframework.amqp.rabbit.retry.MessageRecoverer;
import org.springframework.amqp.rabbit.retry.RepublishMessageRecoverer;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class ErrorMessageConfig {
//    接收失败消息的队列和交换机
    @Bean
    public DirectExchange errorMessageExchange(){
        return new DirectExchange("error.direct");
    }

    @Bean
    public Queue errorQueue(){
        return new Queue("error.queue");
    }

    @Bean
    public Binding errorMessageBinding(){
        return BindingBuilder.bind(errorQueue()).to(errorMessageExchange()).with("error");
    }
    
    //定义一个RepublishMessageRecoverer，关联队列和交换机
    @Bean
    public MessageRecoverer republicMessageRecoverer(RabbitTemplate rabbitTemplate){
        return new RepublishMessageRecoverer(rabbitTemplate,"error.direct","error");
    }
}

2.5总结

如何保证消息的可靠性：

  • 开启生产者确认机制，确保生产者额消息能够到大队列
  • 开启持久化功能，确保消息在未消费之前不会消失
  • 开启消费者确认机制为auto，由spring确认消息处理成功后返回ack
  • 开启消费者失败重试机制，并设置MessageRecoverer，多次重试失败后将消息投递给处理异常的交换机，交给人工处理。

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