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消息队列的基本概念
每种消息队列都有自己的一套消息模型,像队列(Queue)、主题(Topic)或是分区(Partition)这些名词概念,在每个消息队列模型中都会涉及一些,含义还不太一样。为什么出现这种情况呢?因为没有标准。曾经,也是有一些国际组织尝试制定过消息相关的标准,比如早期的 JMS 和 AMQP。但让人无奈的是,标准的进化跟不上消息队列的演进速度,这些标准实际上已经被废弃了。
每种消息队列都有自己的一套消息模型,像队列(Queue)、主题(Topic)或是分区(Partition)这些名词概念,在每个消息队列模型中都会涉及一些,含义还不太一样。
为什么出现这种情况呢?因为没有标准。曾经,也是有一些国际组织尝试制定过消息相关的标准,比如早期的 JMS 和 AMQP。但让人无奈的是,标准的进化跟不上消息队列的演进速度,这些标准实际上已经被废弃了。
主题和队列有什么区别
最初的消息队列,就是一个严格意义上的队列。在计算机领域,“队列(Queue)”是一种数据结构,有完整而严格的定义。在维基百科中,队列的定义是这样的:
队列是先进先出(FIFO, First-In-First-Out)的线性表(Linear List)。在具体应用中通常用链表或者数组来实现。队列只允许在后端(称为 rear)进行插入操作,在前端(称为 front)进行删除操作。
这个定义里面包含几个关键点,第一个是先进先出,这里面隐含着的一个要求是,在消息入队出队过程中,需要保证这些消息严格有序,按照什么顺序写进队列,必须按照同样的顺序从队列中读出来。不过,队列是没有“读”这个操作的,“读”就是出队,也就是从队列中“删除”这条消息。
**早期的消息队列,就是按照“队列”的数据结构来设计的。**我们一起看下这个图,生产者(Producer)发消息就是入队操作,消费者(Consumer)收消息就是出队也就是删除操作,服务端存放消息的容器自然就称为“队列”。
这里就会有一个问题,如果多个生产者汪队列里面发送消息,那么消息的顺序就是生产者发送消息的自然顺序。如果有多个消费者接受同一个队列的消息,实际上每个消费者是竞争关系,他们都只能接收到一部分的消息。当然这种情况是允许的。
如果我们需要每个消费者都接受到每一条消息,全量的消息,这个时候但各队列就满足不了需求,我们可以给每个消费者都创建一个队列用作接收消息。但是这种做法不仅复杂而且维护起来十分麻烦。
为了解决这个问题就演化出了另一种消息模型:“发布 - 订阅模型(Publish-Subscribe Pattern)”
在这种模型中,消息的发送方称之为发布者(Publisher),消息的接收方称之为(Subscriber),服务端存放消息的容器称之为主题(Topic)发布者将消息发送到主题中,订阅者在接收消息之前需要先“订阅主题”。“订阅”在这里既是一个动作,同时还可以认为是主题在消费时的一个逻辑副本,每份订阅中,订阅者都可以接收到主题的所有消息。
在消息领域的历史上很长的一段时间,队列模式和发布 - 订阅模式是并存的,有些消息队列同时支持这两种消息模型,比如 ActiveMQ。我们仔细对比一下这两种模型,生产者就是发布者,消费者就是订阅者,队列就是主题,并没有本质的区别。它们最大的区别其实就是,一份消息数据能不能被消费多次的问题。
RabbitMQ 的消息模型
在 RabbitMQ 中,Exchange 位于生产者和队列之间,生产者并不关心将消息发送给哪个队列,而是将消息发送给 Exchange,由 Exchange 上配置的策略来决定将消息投递到哪些队列中。
同一份消息如果需要被多个消费者来消费,需要配置 Exchange 将消息发送到多个队列,每个队列中都存放一份完整的消息数据,可以为一个消费者提供消费服务。
RocketMQ 的消息模型
RocketMQ 使用的消息模型是标准的发布 - 订阅模型,在 RocketMQ 的术语表中,生产者、消费者和主题与我在上面讲的发布 - 订阅模型中的概念是完全一样的。
但是,在 RocketMQ 也有队列(Queue)这个概念,并且队列在 RocketMQ 中是一个非常重要的概念,那队列在 RocketMQ 中的作用是什么呢?这就要从消息队列的消费机制说起。
几乎所有的消息队列产品都使用一种非常朴素的“请求 - 确认”机制,确保消息不会在传递过程中由于网络或服务器故障丢失。
我们都知道有消息确认机制,也就是确保这条消息被消费了,这条消息才会被删除。这个机制很好地保证了消息传递过程中的可靠性。但是同时也会产生这样一个问题,在某一条消息被成功消费之前,下一条消息是不能被消费的,否则就会出现消息空洞,违背了有序性这个原则。
也就是说,每个主题在任意时刻,至多只能有一个消费者实例在进行消费,那就没法通过水平扩展消费者的数量来提升消费端总体的消费性能。为了解决这个问题,RocketMQ 在主题下面增加了队列的概念。
**每个主题包含多个队列,通过多个队列来实现多实例并行生产和消费。**需要注意的是,RocketMQ 只在队列上保证消息的有序性,主题层面是无法保证消息的严格顺序的。
在 Topic 的消费过程中,由于消息需要被不同的组进行多次消费,所以消费完的消息并不会立即被删除,这就需要 RocketMQ 为每个消费组在每个队列上维护一个消费位置(Consumer Offset),这个位置之前的消息都被消费过,之后的消息都没有被消费过,每成功消费一条消息,消费位置就加一。这个消费位置是非常重要的概念,我们在使用消息队列的时候,丢消息的原因大多是由于消费位置处理不当导致的。
Kafka 的消息模型
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Kafka 的消息模型
Kafka 的消息模型和 RocketMQ 是完全一样的,我刚刚讲的所有 RocketMQ 中对应的概念,和生产消费过程中的确认机制,都完全适用于 Kafka。唯一的区别是,在 Kafka 中,队列这个概念的名称不一样,Kafka 中对应的名称是“分区(Partition)”,含义和功能是没有任何区别的。
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