消息隊(duì)列MQ/JMS/Kafka，你都了解嗎？

• 1 消息隊(duì)列介紹
• 1.1 什么是消息隊(duì)列
• 1.2 消息隊(duì)列（Message queue）有什么用？
• 1.3 消息隊(duì)列的兩種模式
• 2 JMS介紹
• 2.1 JSM消息模型
• 2.2 JMS消費(fèi)
• 2.3 JMS編程模型
• 3 MQ介紹
• 3.1 AMQP協(xié)議
• 3.2 RabbitMQ模型
• 4 Kafka
• 4.1 kafka原理圖
• 4.2 生產(chǎn)者結(jié)構(gòu)圖

是不是平常聽到說消息隊(duì)列啊，JMS啊，MQ啊 、kafka啊巴啦啦的一堆術(shù)語，聽不懂？關(guān)系混亂？今天就讓我們來一起來看看他們都是什么吧。

1 消息隊(duì)列介紹

首先舉個(gè)收快遞的栗子，傳統(tǒng)的收快遞，快遞小哥把我們的快遞送到我們的手里。他需要什么條件嗯？

• 快遞小哥有時(shí)間送，
• 我們有時(shí)間取，
• 快遞小哥和我們約定一個(gè)時(shí)間地點(diǎn)。

但是嗯?？爝f小哥有那么多的快遞需要送，可能送我快遞的時(shí)候，我不在家，可能我在家的時(shí)候，快遞小哥送其他的地方的快遞。所以嗯，這個(gè)時(shí)候，要么就是坐在家里等快遞，要么就只能從新約個(gè)時(shí)間點(diǎn)在送。那怎么辦去避免這個(gè)情況嗯？

于是嗯快遞柜出現(xiàn)了?？爝f小哥不用關(guān)心我什么時(shí)候在家，因?yàn)榭爝f小哥有時(shí)間了，就把快遞放快遞柜，而我有時(shí)間了，我就去快遞柜取我的快遞。

那么快遞柜所起到的作用就是我們今天要收的消息隊(duì)列。我們可以把消息隊(duì)列比作是一個(gè)存放快遞的的快遞柜，當(dāng)我們需要獲取我們快遞的時(shí)候就可以從快遞柜里面拿到屬于我們的快遞。

1.1 什么是消息隊(duì)列

我們可以把消息隊(duì)列比作是一個(gè)存放消息的容器，當(dāng)我們需要使用消息的時(shí)候可以取出消息供自己使用。我們看看維基百科上的描述：在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，消息隊(duì)列（Message queue）是一種進(jìn)程間通信或同一進(jìn)程的不同線程間的通信方式，軟件的貯列用來處理一系列的輸入，通常是來自用戶。

是不是很難理解，我們換個(gè)說法來理解

我們可以把消息隊(duì)列比作是一個(gè)存放消息的容器，當(dāng)我們需要使用消息的時(shí)候可以取出消息供自己使用。

1.2 消息隊(duì)列（Message queue）有什么用？

消息隊(duì)列是分布式系統(tǒng)中重要的組件，使用消息隊(duì)列主要是為了通過異步處理提高系統(tǒng)性能和削峰、降低系統(tǒng)耦合性。

通過異步處理提高系統(tǒng)性能（削峰、減少響應(yīng)所需時(shí)間）

舉個(gè)例子：我們在某個(gè)網(wǎng)站進(jìn)行注冊賬號(hào)，我們需要做如下四件事：

• 填寫我們的注冊信息；
• 提交我們的注冊信息；
• 我們的郵箱收到注冊信息；
• 我們的短信收到注冊信息。

如果采用同步串行，所需要的時(shí)間是：a+b+c+d

如果采用同步并行，所需要的時(shí)間是：a+b+max(c,d)

如果采用消息隊(duì)列，所需要的時(shí)間是：a+b+消息隊(duì)列

降低系統(tǒng)耦合性

舉個(gè)例子，A公司做了某個(gè)系統(tǒng)，B公司覺得A公司的某個(gè)功能很好，于是B公司和A公司的系統(tǒng)進(jìn)行了集成。這時(shí)C公司也覺得A公司的這個(gè)功能很好，于是，C公司也和A公司的系統(tǒng)進(jìn)行了集成。以后還有D公司…。

介于這種情況，A公司的系統(tǒng)和其他公司的耦合度都很高，每集成一個(gè)公司的系統(tǒng)，A公司都需要修改自己的系統(tǒng)。如果采用消息隊(duì)列，則變成了如下：

不管以后還有多少公司的應(yīng)用程序想要用A公司的程序，都不需要和A公司進(jìn)行集成，誰需要這個(gè)功能，誰就去消息隊(duì)列里面獲取。

1.3 消息隊(duì)列的兩種模式

點(diǎn)對點(diǎn)模式

應(yīng)用程序由：消息隊(duì)列，發(fā)送方，接收方組成。

每個(gè)消息都被發(fā)送到一個(gè)特定的隊(duì)列，接收者從隊(duì)列中獲取消息。隊(duì)列保留著消息，直到他們被消費(fèi)或超時(shí)。

發(fā)布訂閱模式

用用程序有由：角色主題（Topic）、發(fā)布者(Publisher)、訂閱者(Subscriber)構(gòu)成。

發(fā)布者發(fā)布一個(gè)消息，該消息通過topic傳遞給所有的客戶端。該模式下，發(fā)布者與訂閱者都是匿名的，即發(fā)布者與訂閱者都不知道對方是誰。并且可以動(dòng)態(tài)的發(fā)布與訂閱Topic。Topic主要用于保存和傳遞消息，且會(huì)一直保存消息直到消息被傳遞給客戶端。

介紹完了消息隊(duì)列，接著我們介紹JMS

2 JMS介紹

JMS即Java消息服務(wù)（Java Message Service）應(yīng)用程序接口，是一個(gè)Java平臺(tái)中關(guān)于面向消息中間件（MOM）的API，類似于JDBC。用于在兩個(gè)應(yīng)用程序之間，或分布式系統(tǒng)中發(fā)送消息，進(jìn)行異步通信。它提供創(chuàng)建、發(fā)送、接收、讀取消息的服務(wù)。由Sun公司和它的合作伙伴設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序接口和相應(yīng)語法，使得Java程序能夠和其他消息組件進(jìn)行通信。

JMS是一個(gè)消息服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)或者說是規(guī)范，允許應(yīng)用程序組件基于JavaEE平臺(tái)創(chuàng)建、發(fā)送、接收和讀取消息。它使分布式通信耦合度更低，消息服務(wù)更加可靠以及異步性。

介紹到這里，應(yīng)該明白了消息隊(duì)列和JMS的區(qū)別了吧？

• 消息隊(duì)列：計(jì)算機(jī)科學(xué)中，A和B進(jìn)行通信的一種方式。
• JMS：java平臺(tái)之間分布式通信的一種標(biāo)準(zhǔn)或者規(guī)范。

換句話說，JMS就是java對于消息隊(duì)列的一種實(shí)現(xiàn)方式。

2.1 JSM消息模型

點(diǎn)對點(diǎn)，發(fā)布訂閱，消息隊(duì)列中已經(jīng)說的很清楚了，這里就不重復(fù)說了。

2.2 JMS消費(fèi)

• 同步（Synchronous）

訂閱者/接收方通過調(diào)用 receive()來接收消息。在receive（）方法中，線程會(huì)阻塞直到消息到達(dá)或者到指定時(shí)間后消息仍未到達(dá)。

• 異步（Asynchronous）

消息訂閱者需注冊一個(gè)消息監(jiān)聽者，類似于事件監(jiān)聽器，只要消息到達(dá)，JMS服務(wù)提供者會(huì)通過調(diào)用監(jiān)聽器的onMessage()遞送消息。

2.3 JMS編程模型

JMS編程模型非常類似于JDBC?；貞浺幌?，我們之前講到的MyBatis。

• SqlSessionFactoryBuilder去構(gòu)造SqlSessionFactory會(huì)話工廠；
• SqlSessionFactory會(huì)話工廠給我們打開SqlSession會(huì)話；
• SqlSession幫我們?nèi)ミB接數(shù)據(jù)庫，接著我們就可以執(zhí)行增刪查改。

sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(inputStream);
SqlSession openSession = sqlSessionFactory.openSession(true);
ProjectMapper mapper = openSession.getMapper(ProjectMapper.class);
mapper.queryAllTaskByInit("init");

JMS模型如下

• Connection Factory給我創(chuàng)建Connection連接;
• Connection連接給我們創(chuàng)建了Session會(huì)話；
• Session會(huì)話給我們創(chuàng)建消費(fèi)者和生產(chǎn)者；
• 生產(chǎn)者生成消息；
• 消費(fèi)者消費(fèi)消息；

3 MQ介紹

上文中，我們說到了，JMS他并不是一種真正意義的技術(shù)，而是一種接口，一種規(guī)范。就想JDBC一樣，無論是mybatis、hibernate，還是springJPA，不管你是那種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，反正你得遵守JDBC的規(guī)范。

在Java中，目前基于JMS實(shí)現(xiàn)的消息隊(duì)列常見技術(shù)有ActiveMQ、RabbitMQ、RocketMQ。值得注意的是，RocketMQ并沒有完全遵守JMS規(guī)范，并且Kafka不是JMS的實(shí)現(xiàn)。

3.1 AMQP協(xié)議

這里我們以RabbitMQ為例介紹MQ，首先介紹下AMQP

AMQP協(xié)議（Advanced Message Queuing Protocol，高級消息隊(duì)列協(xié)議）是一個(gè)進(jìn)程間傳遞異步消息的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

AMQP 模型

AMQP 工作過程

發(fā)布者（Publisher）發(fā)布消息（Message），經(jīng)由交換機(jī)（Exchange）。

交換機(jī)根據(jù)路由規(guī)則將收到的消息分發(fā)給與該交換機(jī)綁定的隊(duì)列、（Queue）。

最后 AMQP 代理會(huì)將消息投遞給訂閱了此隊(duì)列的消費(fèi)者，或者消費(fèi)者按照需求自行獲取。

RabbitMQ是MQ產(chǎn)品的典型代表，是一款基于AMQP協(xié)議可復(fù)用的企業(yè)消息系統(tǒng)

3.2 RabbitMQ模型

RabbitMQ由兩部分組成，分別是服務(wù)端和應(yīng)用端；

• 服務(wù)端包括：隊(duì)列和交換機(jī)。
• 客戶端包括：生產(chǎn)者和消費(fèi)者。

在rabbitmq server上可以創(chuàng)建多個(gè)虛擬的message broker。每一個(gè)broker本質(zhì)上是一個(gè)mini-rabbitmq server，分別管理各自的exchange，和bindings。

broker相當(dāng)于物理的server，可以為不同app提供邊界隔離，使得應(yīng)用安全的運(yùn)行在不同的broker實(shí)例上，相互之間不會(huì)干擾。producer和consumer連接rabbit server需要指定一個(gè)broker。

Exchange有4種類型：direct(默認(rèn))，fanout, topic, 和headers

• Direct：直接交換器，工作方式類似于單播，Exchange會(huì)將消息發(fā)送完全匹配ROUTING_KEY的Queue。
• Fanout：廣播是式交換器，不管消息的ROUTING_KEY設(shè)置為什么，Exchange都會(huì)將消息轉(zhuǎn)發(fā)給所有綁定的Queue(所謂綁定就是將一個(gè)特定的 Exchange 和一個(gè)特定的 Queue 綁定起來。Exchange 和Queue的綁定可以是多對多的關(guān)系)。
• Topic:主題交換器，工作方式類似于組播，Exchange會(huì)將消息轉(zhuǎn)發(fā)和ROUTING_KEY匹配模式相同的所有隊(duì)列，比如，ROUTING_KEY為user.stock的Message會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給綁定匹配模式為 * .stock,user.stock， * . * 和#.user.stock.#的隊(duì)列。（ * 表是匹配一個(gè)任意詞組，#表示匹配0個(gè)或多個(gè)詞組）。

至于如何在代碼中使用RabbitMQ，這里我們先不擼代碼，本文目前只介紹理論梳理知識(shí)點(diǎn)。

4 Kafka

上完中我們提到過，kafka不是JMS的實(shí)現(xiàn)，因此在MQ章節(jié)中，我們沒有提及到它?，F(xiàn)在我們開始學(xué)習(xí)kafka吧。

先來放張kafka的原理圖，相信你看到這個(gè)圖片時(shí)，內(nèi)心是奔潰的。我草，啥玩意。接下來我們就一點(diǎn)一點(diǎn)的消化吧。

4.1 kafka原理圖

先介紹上圖中的術(shù)語。

• Producer ：消息生產(chǎn)者，就是向kafka broker發(fā)消息的客戶端。
• Consumer ：消息消費(fèi)者，向kafka broker取消息的客戶端。
• Topic ：kafka給消息提供的分類方式。broker用來存儲(chǔ)不同topic的消息數(shù)據(jù)。一個(gè)Topic可以認(rèn)為是一類消息，每個(gè)topic將被分成多個(gè)partition(區(qū)),每個(gè)partition在存儲(chǔ)層面是append log文件。任何發(fā)布到此partition的消息都會(huì)被直接追加到log文件的尾部，每條消息在文件中的位置稱為offset（偏移量），offset為一個(gè)long型數(shù)字，它是唯一標(biāo)記一條消息。它唯一的標(biāo)記一條消息。kafka并沒有提供其他額外的索引機(jī)制來存儲(chǔ)offset，因?yàn)樵趉afka中幾乎不允許對消息進(jìn)行“隨機(jī)讀寫”。
• broker：中間件的kafka cluster，存儲(chǔ)消息，是由多個(gè)server組成的集群。
• Partition：為了實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展性，一個(gè)非常大的topic可以分布到多個(gè)broker（即服務(wù)器）上，一個(gè)topic可以分為多個(gè)partition，每個(gè)partition是一個(gè)有序的隊(duì)列。partition中的每條消息都會(huì)被分配一個(gè)有序的id（offset）。kafka只保證按一個(gè)partition中的順序?qū)⑾l(fā)給consumer，不保證一個(gè)topic的整體（多個(gè)partition間）的順序。
• Offset：kafka的存儲(chǔ)文件都是按照offset.kafka來命名，例如你想找位于2049的位置，只要找到2048.kafka的文件即可。當(dāng)然the first offset就是00000000000.kafka。

類似于JMS的特性，但不是JMS規(guī)范的實(shí)現(xiàn)。kafka對消息保存時(shí)根據(jù)Topic進(jìn)行歸類，發(fā)送消息者成為Producer，消息接受者成為Consumer,此外kafka集群有多個(gè)kafka實(shí)例組成，每個(gè)實(shí)例(server)成為broker。無論是kafka集群，還是producer和consumer都依賴于zookeeper來保證系統(tǒng)可用性集群保存信息。

kafka基于文件存儲(chǔ)。通過分區(qū),可以將日志內(nèi)容分散到多個(gè)server上，來避免文件尺寸達(dá)到單機(jī)磁盤的上限，每個(gè)partiton都會(huì)被當(dāng)前server(kafka實(shí)例)保存；可以將一個(gè)topic切分多任意多個(gè)partitions，來消息保存/消費(fèi)的效率.此外越多的partitions意味著可以容納更多的consumer，有效提升并發(fā)消費(fèi)的能力。

kafka和JMS不同的是:即使消息被消費(fèi),消息仍然不會(huì)被立即刪除。日志文件將會(huì)根據(jù)broker中的配置要求，保留一定的時(shí)間之后刪除。

Kafka高可用機(jī)制

• 多個(gè)broker組成，每個(gè)broker是一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
• 你創(chuàng)建一個(gè)topic，這個(gè)topic可以劃分為多個(gè)partition，每個(gè)partition可以存在于不同的broker上，每個(gè)partition就放一部分?jǐn)?shù)據(jù)。
• 采用replica副本機(jī)制，每個(gè)partition的數(shù)據(jù)都會(huì)同步到其他機(jī)器上，形成多個(gè)replica副本。
• 所有replica會(huì)選舉一個(gè)leader出來，那么生產(chǎn)和消費(fèi)都跟這個(gè)leader打交道，然后其他replica就是follower。
• 讀數(shù)據(jù)時(shí)，從leader讀取，寫數(shù)據(jù)時(shí)，leader把數(shù)據(jù)同步到所有follower上去。如果某個(gè)broker宕機(jī)了，這個(gè)broker在其他的broker還保留副本，假設(shè)這個(gè)broker上面存在leader,那么就重新選一個(gè)leader。

內(nèi)容有點(diǎn)多，需要結(jié)合圖片一點(diǎn)一點(diǎn)消化

4.2 生產(chǎn)者結(jié)構(gòu)圖

至此，雖然看的云里霧里，不過相信你們還是能區(qū)分了吧？

整理一下：

• 消息隊(duì)列：指計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，A和B通信的一種通信方式；
• JMS：Java中對于消息隊(duì)列的接口規(guī)范；
• ActiveMQ/RabbitMQ：JMS接口規(guī)范具體實(shí)現(xiàn)的一種技術(shù)；
• RocketMQ：不完全是JMS接口規(guī)范具體實(shí)現(xiàn)的一種技術(shù)；
• Kafka：非JMS接口規(guī)范具體實(shí)現(xiàn)的一種技術(shù)；