面試官：你的項(xiàng)目為什么要用消息隊(duì)列？

今天我們探討一種廣泛使用的中間件：消息隊(duì)列。

消息隊(duì)列由來(lái)已久，通常用于不同系統(tǒng)之間的通信。下圖以星巴克的工作方式為例，來(lái)說(shuō)明消息隊(duì)列的概念。

在星巴克，收銀員接受訂單并收錢(qián)，然后把顧客的名字寫(xiě)在咖啡杯上，交給下一個(gè)步驟。咖啡制作師拿起訂單和杯子制作咖啡。然后，顧客到柜臺(tái)領(lǐng)取咖啡。這三個(gè)步驟同步進(jìn)行。收銀員只需將訂單以咖啡杯的形式放入，無(wú)需等待訂單完成?？Х戎谱鲙熤恍鑼⒅谱魍瓿傻目Х确旁诠衽_(tái)上，就可以去制作下一杯咖啡了，無(wú)需等待顧客取走。

這個(gè)過(guò)程的美妙之處在于每個(gè)步驟都是獨(dú)立運(yùn)行的，很像一個(gè)異步系統(tǒng)。

這種異步處理（每一步都無(wú)需等待前一步完成）大大提高了系統(tǒng)的吞吐量。例如，收銀員在接受另一份訂單之前，無(wú)需等待您的飲料制作完成。

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一個(gè)秒殺的案例

我們來(lái)看一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的例子：電商中經(jīng)常出現(xiàn)的秒殺。由于秒殺期間用戶(hù)活躍度激增，會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)很大壓力。消息隊(duì)列通常在后端優(yōu)化中起著關(guān)鍵作用。

下圖列出了一個(gè)簡(jiǎn)化的電子商務(wù)秒殺架構(gòu)。這時(shí)我們還沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，只是簡(jiǎn)單列出了數(shù)據(jù)流。

• 步驟 1 和 2：客戶(hù)向訂單服務(wù)下訂單。

• 步驟 3：在處理付款之前，訂單服務(wù)會(huì)鎖定該用戶(hù)占用的庫(kù)存。

• 步驟 4：訂單服務(wù)向支付服務(wù)發(fā)送支付指令。支付服務(wù)向 3 個(gè)服務(wù)發(fā)送消息：支付渠道、通知服務(wù)和數(shù)據(jù)分析。

• 步驟 5.1 和 6.1：支付服務(wù)向外部支付通道發(fā)送支付指令。支付通道與外部支付服務(wù)提供商（Payment Service Provider, PSP）對(duì)話(huà)，最終完成交易。

• 步驟 5.2 和 6.2：支付服務(wù)向通知服務(wù)發(fā)送消息，然后通知服務(wù)通過(guò)電子郵件或短信向客戶(hù)發(fā)送通知。

• 步驟 5.3：支付服務(wù)向數(shù)據(jù)分析服務(wù)發(fā)送交易詳情。

在秒殺期間，無(wú)縫的用戶(hù)體驗(yàn)至關(guān)重要。為了在高流量情況下保持服務(wù)響應(yīng)速度，可以在系統(tǒng)多個(gè)階段集成消息隊(duì)列，以確保最佳性能。

02

使用消息隊(duì)列優(yōu)化秒殺系統(tǒng)

我們下面一步一步地優(yōu)化這個(gè)秒殺系統(tǒng)，來(lái)看看消息隊(duì)列給系統(tǒng)帶來(lái)了什么好處。

扇出

扇出（fan out）這個(gè)概念來(lái)源于電子電路，是指由一個(gè)邏輯門(mén)的輸出驅(qū)動(dòng)幾個(gè)下游邏輯門(mén)的輸入，從而連接形成更復(fù)雜的電路。

支付服務(wù)將消息發(fā)送到三個(gè)下游服務(wù)，分別用于不同的目的：支付渠道、通知服務(wù)和數(shù)據(jù)分析。生產(chǎn)者（支付服務(wù)）只需將信息放到隊(duì)列中，不同的消費(fèi)者就可以按照自己的節(jié)奏處理信息。這種扇出簡(jiǎn)化了系統(tǒng)架構(gòu)。

異步處理

以星巴克為例，正如收銀員不會(huì)等待咖啡煮好一樣，訂單服務(wù)也不會(huì)等待付款最終完成。支付指令被置于隊(duì)列中，一旦最終完成，客戶(hù)就會(huì)收到通知。

流控

在秒殺活動(dòng)中，可能會(huì)有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的用戶(hù)同時(shí)下訂單。如何在滿(mǎn)足客戶(hù)需求和保持系統(tǒng)穩(wěn)定之間取得平衡至關(guān)重要。

一種常見(jiàn)的方法是在特定時(shí)間段內(nèi)對(duì)收到的請(qǐng)求數(shù)量設(shè)置上限，使其與系統(tǒng)容量相匹配。過(guò)多的請(qǐng)求可能會(huì)被拒絕或被要求在短暫延遲后重試。這種方法可確保系統(tǒng)保持穩(wěn)定，不會(huì)不堪重負(fù)。對(duì)于成功通過(guò)的請(qǐng)求，消息隊(duì)列可確保它們得到高效、有序的處理。如果系統(tǒng)的某個(gè)部分暫時(shí)滯后，訂單也不會(huì)丟失。它將被保留在隊(duì)列中，直到可以處理為止。

服務(wù)解耦

我們的設(shè)計(jì)在多處使用了消息隊(duì)列。服務(wù)之間使用定義明確的消息接口進(jìn)行交互，而不是彼此緊密依賴(lài)。每個(gè)服務(wù)都可以獨(dú)立修改和部署。每個(gè)組件都可以用不同的編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。這為架構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了靈活性。

橫向可擴(kuò)展性

由于服務(wù)是解耦的，因此我們可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求對(duì)它們進(jìn)行獨(dú)立擴(kuò)展。每個(gè)服務(wù)都能以不同的容量提供服務(wù)，因此我們可以根據(jù)其計(jì)劃的 QPS（query per second）或 TPS（transaction per second）進(jìn)行擴(kuò)展。

消息持久性

消息隊(duì)列也可用作存儲(chǔ)消息的中間件。如果上游服務(wù)崩潰，下游服務(wù)總能從消息隊(duì)列中拾取消息進(jìn)行處理。這樣，恢復(fù)功能就從每個(gè)服務(wù)中轉(zhuǎn)移出來(lái)，交由消息隊(duì)列負(fù)責(zé)。

批量處理

我們有時(shí)需要進(jìn)行批量數(shù)據(jù)的處理。例如，當(dāng)支付服務(wù)向數(shù)據(jù)分析服務(wù)發(fā)送消息時(shí)，數(shù)據(jù)分析服務(wù)并不需要執(zhí)行實(shí)時(shí)更新，而是設(shè)置一個(gè)滾動(dòng)窗口來(lái)批量處理窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)。批量處理是下游服務(wù)的要求，因此支付服務(wù)無(wú)需知道，只需將消息放入隊(duì)列即可。消息定序 秒殺活動(dòng)的庫(kù)存商品數(shù)量是有限的。例如，秒殺只提供 10 部 iPhone，但下單的用戶(hù)超過(guò) 10,000 人。我們?cè)撊绾螞Q定訂單順序呢？用消息隊(duì)列來(lái)保存所有訂單會(huì)有一個(gè)自然的順序：隊(duì)列中的前 10 位將獲得 iPhone。

下圖中顯示了所有的優(yōu)化點(diǎn)。服務(wù)通過(guò)消息隊(duì)列連接并解耦。這樣，架構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)更高的吞吐量。