消息队列基础

什么是MOM

MOM 就是面向消息中间件（Message-oriented middleware），是用于以分布式应用或系统中的异步、松耦合、可靠、可扩展和安全通信的一类软件。MOM 的总体思想是它作为消息发送器和消息接收器之间的消息中介,这种中介提供了一个全新水平的松耦合。

MOM思想就是A和B两个应用程序不直接发送消息。之前A和B直接发送消息有很多效率问题，如A发送之后B没有及时接受，那么A就一直再在那里堵塞并发性不好，A必须等B接受完之后有返结果了A才可以结束。而MOM就是为了解决这样的问题，不让A与B之间交互，在A和B之间加一个消息中间件，A把消息放到消息中间上，就可以走了，去做别的事情，B什么时候来消息中间件取消息A不用知道也不用管。这样就提高了效率提供并发性，等B去走后可以通过状态，通知，回调等方式通知A就可以。市面上实现这种思想的技术有很多，IBM（MQSEVICES）、Microsoft(MSMQ）以及BEA的MessageMQ等。处于百家争鸣阶段都是各自实现各自的，没有统一实现标准。此时SUN为了实现统一标准就出现了JMS统一实现规范。JMS主要有2种消息模型，点到点和发布订阅两种。

什么是消息队列

消息队列是在消息的传输过程中保存消息的容器，用于接收消息并以文件的方式存储，一个消息队列可以被一个也可以被多个消费者消费。

消息队列中间件是分布式系统中重要的组件，主要解决应用耦合、异步消息、流量削锋等问题。实现高性能、高可用、可伸缩和最终一致性架构。是大型分布式系统不可缺少的中间件。

目前在生产环境，使用较多的消息队列有ActiveMQ、RabbitMQ、ZeroMQ、Kafka、MetaMQ、RocketMQ等。

消息队列优点

将数据从一个应用程序传到另一个应用程序，或者从软件的一个模块传送到另外一个模块
负责建立网络通信的通道，进行数据的可靠传送
保证数据不重发，不丢失
能够实现跨平台操作，能够为不同操作系统上的软件集成技工数据传送服务

消息队列的应用场景

下面详细介绍一下消息队列在实际应用中常用的使用场景。场景分为异步处理、应用解耦、流量削锋和消息通讯四个场景。

异步处理

场景说明 用户注册后，需要发送注册邮件和发送注册信息，传统的做法有两种：串行方式、并行方式

串行方式

将注册信息写入数据库成功后，发送注册邮件，然后发送注册短信，而所有任务执行完成后，返回信息给客户端

并行方式

将注册信息写入数据库成功后，同时进行发送注册邮件和发送注册短信的操作。而所有任务执行完成后，返回信息给客户端。同串行方式相比，并行方式可以提高执行效率，减少执行时间。

上面的比较可以发现，假设三个操作均需要50ms的执行时间，排除网络因素，则最终执行完成，串行方式需要150ms，而并行方式需要100ms。

因为cpu在单位时间内处理的请求数量是一致的，假设：CPU每1秒吞吐量是100此，则串行方式1秒内可执行的请求量为1000/150，不到7次；并行方式1秒内可执行的请求量为1000/100，为10次。

由上可以看出，传统串行和并行的方式会受到系统性能的局限，那么如何解决这个问题？
我们需要引入消息队列，将不是必须的业务逻辑，异步进行处理，由此改造出来的流程为

根据上述的流程，用户的响应的时间基本相当于将数据写入数据库的时间，发送注册邮件，发送注册短信的消息在写入消息队列后，即可返回执行结果，写入消息队列的时间很快，几乎可以忽略，也有此可以将系统吞吐量提升至20QPS，比串行方式提升近3倍，比并行方式提升2倍。

应用解耦

场景说明 用户下单后，订单系统需要通知库存系统。

传统的做法为：订单系统调用库存系统的接口。如下图所示：

传统方式具有如下缺点：

假设库存系统访问失败，则订单减少库存失败，导致订单创建失败
订单系统同库存系统过度耦合

如何解决上述的缺点呢？需要引入消息队列，引入消息队列后的架构如下图所示：

引入消息队列，实现应用解耦

订单系统：用户下单后，订单系统进行数据持久化处理，然后将消息写入消息队列，返回订单创建成功
库存系统：使用拉/推的方式，获取下单信息，库存系统根据订单信息，进行库存操作。

假如在下单时库存系统不能正常使用。也不影响正常下单，因为下单后，订单系统写入消息队列就不再关心其后续操作了。由此实现了订单系统与库存系统的应用解耦。

流量削锋

流量削峰也是消息对列中的常用场景，一般在秒杀或团抢活动中使用广泛。

应用场景 秒杀活动，一般会因为流量过大，导致流量暴增，应用挂掉。为解决这个问题，一般需要在应用前端加入消息队列。

可以控制参与活动的人数；
可以缓解短时间内高流量对应用的巨大压力；

流量削锋处理方式系统图如下：

服务器在接收到用户请求后，首先写入消息队列。这时如果消息队列中消息数量超过最大数量，则直接拒绝用户请求或返回跳转到错误页面；
秒杀业务根据秒杀规则读取消息队列中的请求信息，进行后续处理。

日志处理

日志处理是指将消息队列用在日志处理中，比如Kafka的应用，解决大量日志传输的问题。

日志处理是指将消息队列用在日志处理中，比如Kafka的应用，解决大量日志传输的问题。架构简化如下：

日志采集客户端：负责日志数据采集，定时写受写入Kafka队列；
Kafka消息队列：负责日志数据的接收，存储和转发；
日志处理应用：订阅并消费kafka队列中的日志数据；

Kafka：接收用户日志的消息队列。
Logstash：做日志解析，统一成JSON输出给Elasticsearch。
Elasticsearch：实时日志分析服务的核心技术，一个schemaless，实时的数据存储服务，通过index组织数据，兼具强大的搜索和统计功能。
Kibana：基于Elasticsearch的数据可视化组件，超强的数据可视化能力是众多公司选择ELK stack的重要原因。

消息通讯

消息通讯是指，消息队列一般都内置了高效的通信机制，因此也可以用在纯的消息通讯。比如实现点对点消息队列、聊天室等。

点对点通讯

在点对点通讯架构设计中，客户端A和客户端B共用一个消息队列，即可实现消息通讯功能。

聊天室通讯

客户端A、客户端B、直至客户端N订阅同一消息队列，进行消息的发布与接收，即可实现聊天通讯方案架构设计。

JMS消息服务

讲消息队列就不得不提JMS。JMS(Java Message Service，Java消息服务) JMS 叫做 Java 消息服务（Java Message Service）,是 Java 平台上有关面向 MOM 的技术规范，旨在通过提供标准的产生、发送、接收和处理消息的 API 简化企业应用的开发，类似于 JDBC 和关系型数据库通信方式的抽象。

API是一个消息服务的标准/规范，允许应用程序组件基于JavaEE平台创建，发送，接收和读取消息。他是分布式通信耦合度更低，消息服务更加可靠以及异步性。

在EJB架构中，有消息bean可以无缝的与JM消息服务集成。在J2EE架构模式中，有消息服务者模式，用于实现消息与应用直接的解耦。

常用概念

Provider：纯 Java 语言编写的 JMS 接口实现（比如 ActiveMQ 就是）
Domains：消息传递方式，包括点对点（P2P）、发布/订阅（Pub/Sub）两种
Connection factory：客户端使用连接工厂来创建与 JMS provider 的连接
Destination：消息被寻址、发送以及接收的对象

消息模型

在JMS标准中，有两种消息模型P2P（Point to Point），Publish/Subscribe（Pub/Sub）

P2P 模式

P2P（点对点）模式包含三个角色：消息队列（Queue），发送者（Sender），接收者（Receiver）。每个消息都被发送到一个特定的队列，接收者从队列中获取消息。队列保留着消息，知道他们被消费或者超时。

P2P 消息域使用 queue 作为 Destination，消息可以被同步或异步的发送和接收，每个消息只会给一个 Consumer 传送一次。Consumer 可以使用 MessageConsumer.receive() 同步地接收消息，也可以通过使用MessageConsumer.setMessageListener() 注册一个 MessageListener 实现异步接收。

多个 Consumer 可以注册到同一个 queue 上，但一个消息只能被一个 Consumer 所接收，然后由该 Consumer 来确认消息。并且在这种情况下，Provider 对所有注册的 Consumer 以轮询的方式发送消息。

P2P的特点

每个消息只有一个消费者（Consumer）（即一旦被消费，消息就不再在消息队列中，其他的消费者就不能得到这条消息了。）
发送者和接收者质检在时间上没有依赖性，也就是说当发送者发送了消息之后，不管接收者有没有正在运行，他不会影响到消息发送到队列。
消费者必须确认对消息的接收

收到消息后消费者必须确认消息已被接收，否则JMS服务提供者会认为该消息没有被接收，那么这条消息仍然可以被其他人接收。程序可以自动进行确认，不需要人工干预。
非持久的消息最多只发送一次

非持久的消息最多只发送一次，表示消息有可能未被发送，造成未被发送的原因可能有：

1、 JMS服务提供者出现宕机等情况，造成非持久信息的丢失

2、队列中的消息过期，未被接收
持久的消息严格发送一次

我们可以将比较重要的消息设置为持久化的消息，持久化后的消息不会因为JMS服务提供者的故障或者其他原因造成消息丢失。

如果希望发送的每个消息都会被成功处理的话，那么需要p2p 模式

Pub/Sub模式

包含三个角色：主题（Topic），发布者（Publisher），订阅者（Subscriber）。多个发布者将消息发送到Topic，系统将这些消息传递给多个订阅者。

Pub/Sub（发布/订阅，Publish/Subscribe）消息域使用 topic 作为 Destination，发布者向 topic 发送消息，订阅者注册接收来自 topic 的消息。发送到 topic 的任何消息都将自动传递给所有订阅者。接收方式（同步和异步）与 P2P 域相同。

除非显式指定，否则 topic 不会为订阅者保留消息。当然，这可以通过持久化（Durable）订阅来实现消息的保存。这种情况下，当订阅者与 Provider 断开时，Provider 会为它存储消息。当持久化订阅者重新连接时，将会受到所有的断连期间未消费的消息。

Pub/Sub的特点

每个消息都可以有多个（0，1，……）订阅者，每条消息可以有多个消费者，如果报纸和杂志一样，谁订阅了谁都可以获得。
发布者和订阅者之间有时间上的依赖性。订阅者只能消费他们订阅之后出版的消息，针对某个主题（Topic）的订阅者，它必须创建一个订阅者之后，才能消费发布者的消息。这就要求订阅者必须先订阅，生产者再发布。即订阅者必须先运行，再等待生产者的运行，这和点对点类型有所差异。
为了消费消息，订阅者必须保持运行的状态。即订阅者必须保持活动状态等待发布者发布的消息，如果订阅者在发布者发布消息之后才运行，则不能获得先前发布者发布的消息。

为了缓和这样严格的时间相关性，JMS允许订阅者创建一个可持久化的订阅。这样，即使订阅者没有被激活（运行），它也能接收到发布者的消息。
如果希望发送的消息可以不被做任何处理、或者只被一个消息者处理、或者可以被多个消费者处理的话，那么可以采用Pub/Sub模型。

消息消费

在JMS中，消息的产生和消费都是异步的。对于消费来说，JMS的消息者可以通过两种方式来小消费消息。

同步
订阅者或接收者通过receive方法来接受消息，receive在接收到消息之前（或超时之前）将一直阻塞。
异步
订阅者或接收者亦可以注册未一个消息监听器。当消息到达之后，系统自动调用监听器的onMessage的方法。

JDNI：Java命名和目录接口，是一种标准的Java命名系统接口。可以在网络上查找和访问服务。通过指定一个资源名称，该名称对应于数据库或者命名服务中的一个记录，同时返回资源连接建立所必需的信息。

JNDI在JMS中起到查找二号访问发送目标或消息来源的作用。

JMS编程

JMS通用步骤

获取连接工厂
使用连接工厂创建连接
启动连接
从连接创建会话
获取 Destination
创建 Producer，或
- 创建 Producer
- 创建 message
创建 Consumer，或发送或接收message发送或接收 message
- 创建 Consumer
- 注册消息监听器（可选）
发送或接收 message
关闭资源（connection, session, producer, consumer 等)

JMS编程模型

1.ConnectionFactory

创建Connection对象的工厂，针对两周不同的JMS消息模型，分别有QueueConnectionFactory和TopicConnectionFactory两种。可以通过JNDI来查找ConnectionFactory对象。

2.Destination

Destination的意思是消息生产者的消息发送目标或着说消息消费者的消息来源。对于消息生产者来说。他的Destination是某个队列(queue)或者某个主题（Topic）；对于消息消费者来说，他的Destination也是某个队列或主题（即消息来源）。

所以，Destination实际上就是两种类型的对象：Queue，Topic可以通过JNDI来查找Destination

3.Connection

Connection表示在客户端和JMS系统之间建立的链接（对TCP/IP Socket的包装）。Connection可以产生一个或多个Session。跟ConnectionFactory一样，Connection也有两种类型：QueueConnection和TopicConnection。

4.Session

Session是操作消息的接口。可以通过session创建生产者、消费者、消息等。Session提供了事务的功能。当需要使用session发送/接收多个消息时，可以将这些发送/接收动作放到一个事务中。同样，也分QueueSession和TopicSession。

5.消息的生产者

消息生产者由Session创建，并用于将消息发送到Destination。同样，消息生产者分两种类型：QueueSender和TopicPublisher。可以调用消息生产者的方法（send或publish方法）发送消息。

6.消息消费者

消息消费者由Session创建，用于接收被发送到Destination的消息。两种类型：QueueReceiver和TopicSubscriber。可分别通过session的createReceiver(Queue)或createSubscriber(Topic)来创建。当然，也可以session的creatDurableSubscriber方法来创建持久化的订阅者。

MessageListener

消息监听器。如果注册了消息监听器，一旦消息到达，将自动调用监听器的onMessage方法。EJB中的MDB（Message-Driven Bean）就是一种MessageListener。

深入学习JMS对掌握JAVA架构、EJB架构有很好的帮助，消息中间件也是大型分布式系统必须的组件。本次分享主要做全局性介绍，具体的深入需要大家学习，实践，总结，领会。

JMS编程实战

这里拿ActiveMQ 举例

public class JMSDemo {
        ConnectionFactory connectionFactory;
        Connection connection;
        Session session;
        Destination destination;
        MessageProducer producer;
        MessageConsumer consumer;
        Message message;
        boolean useTransaction = false;
        try {
                Context ctx = new InitialContext();
                connectionFactory = (ConnectionFactory) ctx.lookup("ConnectionFactoryName");
                //使用ActiveMQ时：connectionFactory = new ActiveMQConnectionFactory(user, password, getOptimizeBrokerUrl(broker));
                connection = connectionFactory.createConnection();
                connection.start();
                session = connection.createSession(useTransaction, Session.AUTO_ACKNOWLEDGE);
                destination = session.createQueue("TEST.QUEUE");
                //生产者发送消息
                producer = session.createProducer(destination);
                message = session.createTextMessage("this is a test");

                //消费者同步接收
                consumer = session.createConsumer(destination);
                message = (TextMessage) consumer.receive(1000);
                System.out.println("Received message: " + message);
                //消费者异步接收
                consumer.setMessageListener(new MessageListener() {
                        @Override
                        public void onMessage(Message message) {
                                if (message != null) {
                                        doMessageEvent(message);
                                }
                        }
                });
        } catch (JMSException e) {
                ...
        } finally {
                producer.close();
                session.close();
                connection.close();
        }
}

参考

本文转载自：

https://juejin.im/post/5c0522b4e51d4579402b8da2