主流的消息隊列MQ比較,詳解MQ的4類應用場景

上篇文章詳細介紹了大名鼎鼎的RPC和MQ之間的區別與聯繫,下面從實踐角度看看目前用的尤其多的MQ實踐情況。

消息隊列已經逐漸成為企業IT系統內部通信的核心手段。它具有低耦合、可靠投遞、廣播、流量控制、最終一致性等一系列功能,成為異步RPC的主要手段之一。

當今市面上有很多主流的消息中間件,如老牌的ActiveMQ、RabbitMQ,炙手可熱的Kafka,阿里巴巴自主開發的Notify、MetaQ、RocketMQ等。

現在主要探討主流的消息隊列MQ比較,特徵,以及典型使用場景。

目前主流的MQ產品

1.ZeroMQ

號稱最快的消息隊列系統,尤其針對大吞吐量的需求場景。

擴展性好,開發比較靈活,採用C語言實現,實際上只是一個socket庫的重新封裝,如果做為消息隊列使用,需要開發大量的代碼。ZeroMQ僅提供非持久性的隊列,也就是說如果down機,數據將會丟失。其中,Twitter的Storm中使用ZeroMQ作為數據流的傳輸。

2.RabbitMQ

結合erlang語言本身的併發優勢,支持很多的協議:AMQP,XMPP, SMTP, STOMP,也正是如此,使的它變的非常重量級,更適合於企業級的開發。

性能較好,但是不利於做二次開發和維護。

3.ActiveMQ

歷史悠久的開源項目,是Apache下的一個子項目。已經在很多產品中得到應用,實現了JMS1.1規範,可以和spring-jms輕鬆融合,實現了多種協議,不夠輕巧(源代碼比RocketMQ多),支持持久化到數據庫,對隊列數較多的情況支持不好。

4.Redis

做為一個基於內存的K-V數據庫,其提供了消息訂閱的服務,可以當作MQ來使用,目前應用案例較少,且不方便擴展。對於RabbitMQ和Redis的入隊和出隊操作,各執行100萬次,每10萬次記錄一次執行時間。

測試數據分為 128Bytes、512Bytes、1K和10K四個不同大小的數據。

主流的消息隊列MQ比較,詳解MQ的4類應用場景

實驗表明:入隊時,當數據比較小時Redis的性能要高於RabbitMQ,而如 果數據大小超過了10K,Redis則慢的無法忍受;出隊時,無論數據大小,Redis都表現出非常好的性能,而RabbitMQ的出隊性能則遠低於 Redis。

5.Kafka/Jafka

Kafka是Apache下的一個子項目,是一個高性能跨語言分佈式發佈/訂閱消息隊列系統,而Jafka是在Kafka之上孵化而來的,即Kafka的一個升級版。

具有以下特性:

快速持久化,可以在O(1)的系統開銷下進行消息持久化;

高吞吐,在一臺普通的服務器上既可以達到10W/s的吞吐速率;完全的分佈式系統,Broker、Producer、Consumer都原生自動支持分佈式,自動實現負載均衡;

支持Hadoop數據並行加載,對於像Hadoop的一樣的日誌數據和離線分析系統,但又要求實時處理的限制,這是一個可行的解決方案。

Kafka通過Hadoop的並行加載機制統一了在線和離線的消息處理。Apache Kafka相對於ActiveMQ是一個非常輕量級的消息系統,除了性能非常好之外,還是一個工作良好的分佈式系統。

主流的消息隊列MQ比較,詳解MQ的4類應用場景

時需要消息隊列

當你需要使用消息隊列時,首先需要考慮它的必要性。

可以使用mq的場景有很多,最常用的幾種:

  • 做業務解耦
  • 最終一致性
  • 廣播
  • 錯峰流控等

反之,如果需要強一致性,關注業務邏輯的處理結果,則RPC顯得更為合適。

消息隊列使用場景

1.解耦

解耦是消息隊列要解決的最本質問題。所謂解耦,簡單點講就是一個事務,只關心核心的流程。而需要依賴其他系統但不那麼重要的事情,有通知即可,無需等待結果。換句話說,基於消息的模型,關心的是“通知”,而非“處理”。

舉一個例子,關於訂單系統,訂單最終支付成功之後可能需要給用戶發送短信積分什麼的,但其實這已經不是我們系統的核心流程了。

如果外部系統速度偏慢(比如短信網關速度不好),那麼主流程的時間會加長很多,用戶肯定不希望點擊支付過好幾分鐘才看到結果。那麼我們只需要通知短信系統“我們支付成功了”,不一定非要等待它立即處理完成。

2.最終一致性

最終一致性指的是兩個系統的狀態保持一致,要麼都成功,要麼都失敗。

當然有個時間限制,理論上越快越好,但實際上在各種異常的情況下,可能會有一定延遲達到最終一致狀態,但最後兩個系統的狀態是一樣的。

業界有一些為“最終一致性”而生的消息隊列,如:

  • Notify(阿里)
  • QMQ(去哪兒)等

其設計初衷,就是為了交易系統中的高可靠通知。

以一個銀行的轉賬過程來理解最終一致性,轉賬的需求很簡單,如果A系統扣錢成功,則B系統加錢一定成功。反之則一起回滾,像什麼都沒發生一樣。

然而,這個過程中存在很多可能的意外:

  • A扣錢成功,調用B加錢接口失敗。
  • A扣錢成功,調用B加錢接口雖然成功,但獲取最終結果時網絡異常引起超時。
  • A扣錢成功,B加錢失敗,A想回滾扣的錢,但A機器down機。

可見,想把這件看似簡單的事真正做成,真的不那麼容易。

所有跨VM的一致性問題,從技術的角度講通用的解決方案是:

強一致性,分佈式事務,但落地太難且成本太高,後文會具體提到。

最終一致性,主要是用“記錄”和“補償”的方式。在做所有的不確定的事情之前,先把事情記錄下來,然後去做不確定的事情,結果可能是:成功、失敗或是不確定,“不確定”(例如超時等)可以等價為失敗。成功就可以把記錄的東西清理掉了,對於失敗和不確定,可以依靠定時任務等方式把所有失敗的事情重新搞一遍,直到成功為止。

回到剛才的例子,系統在A扣錢成功的情況下,把要給B“通知”這件事記錄在庫裡(為了保證最高的可靠性可以把通知B系統加錢和扣錢成功這兩件事維護在一個本地事務裡),通知成功則刪除這條記錄,通知失敗或不確定則依靠定時任務補償性地通知我們,直到我們把狀態更新成正確的為止。

整個這個模型依然可以基於RPC來做,但可以抽象成一個統一的模型,基於消息隊列來做一個“企業總線”。

具體來說,本地事務維護業務變化和通知消息,一起落地(失敗則一起回滾),然後RPC到達broker,在broker成功落地後,RPC返回成功,本地消息可以刪除。否則本地消息一直靠定時任務輪詢不斷重發,這樣就保證了消息可靠落地broker。

broker往consumer發送消息的過程類似,一直髮送消息,直到consumer發送消費成功確認。

  • 我們先不理會重複消息的問題,通過兩次消息落地加補償,下游是一定可以收到消息的。然後依賴狀態機版本號等方式做判重,更新自己的業務,就實現了最終一致性。

最終一致性不是消息隊列的必備特性,但確實可以依靠消息隊列來做最終一致性的事情。

另外,所有不保證100%不丟消息的消息隊列,理論上無法實現最終一致性。好吧,應該說理論上的100%,排除系統嚴重故障和bug。

像Kafka一類的設計,在設計層面上就有丟消息的可能(比如定時刷盤,如果掉電就會丟消息)。哪怕只丟千分之一的消息,業務也必須用其他的手段來保證結果正確。

3.廣播

消息隊列的基本功能之一是進行廣播。

如果沒有消息隊列,每當一個新的業務方接入,我們都要聯調一次新接口。有了消息隊列,我們只需要關心消息是否送達了隊列,至於誰希望訂閱,是下游的事情,無疑極大地減少了開發和聯調的工作量。

比如本文開始提到的產品中心發佈產品變更的消息,以及景點庫很多去重更新的消息,可能“關心”方有很多個,但產品中心和景點庫只需要發佈變更消息即可,誰關心誰接入。

4.錯峰與流控

試想上下游對於事情的處理能力是不同的。

比如,Web前端每秒承受上千萬的請求,並不是什麼神奇的事情,只需要加多一點機器,再搭建一些LVS負載均衡設備和Nginx等即可。

但數據庫的處理能力卻十分有限,即使使用SSD加分庫分表,單機的處理能力仍然在萬級。由於成本的考慮,我們不能奢求數據庫的機器數量追上前端。

這種問題同樣存在於系統和系統之間,如短信系統可能由於短板效應,速度卡在網關上(每秒幾百次請求),跟前端的併發量不是一個數量級。

但用戶晚上個半分鐘左右收到短信,一般是不會有太大問題的。如果沒有消息隊列,兩個系統之間通過協商、滑動窗口等複雜的方案也不是說不能實現。

但系統複雜性指數級增長,勢必在上游或者下游做存儲,並且要處理定時、擁塞等一系列問題。而且每當有處理能力有差距的時候,都需要單獨開發一套邏輯來維護這套邏輯。所以,利用中間系統轉儲兩個系統的通信內容,並在下游系統有能力處理這些消息的時候,再處理這些消息,是一套相對較通用的方式。

消息隊列使用總結

1.消息隊列不是萬能的,對於需要強事務保證而且延遲敏感的,RPC是優於消息隊列的。

2.對於一些無關痛癢,或者對於別人非常重要但是對於自己不是那麼關心的事情,可以利用消息隊列去做。

3.支持最終一致性的消息隊列,能夠用來處理延遲不那麼敏感的“分佈式事務”場景,而且相對於笨重的分佈式事務,可能是更優的處理方式。

4.當上下游系統處理能力存在差距的時候,利用消息隊列做一個通用的“漏斗”,在下游有能力處理的時候,再進行分發。

5.如果下游有很多系統關心你的系統發出的通知的時候,果斷地使用消息隊列吧。


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