1.消息可靠性

消息从发送，到消费者接收，会经历多个过程：

image-20210718155059371.png

其中的每一步都可能导致消息丢失，常见的丢失原因包括：

发送时丢失：
- 生产者发送的消息未送达exchange
- 消息到达exchange后未到达queue
MQ宕机，queue将消息丢失
consumer接收到消息后未消费就宕机

针对这些问题，RabbitMQ分别给出了解决方案：

生产者确认机制
mq持久化
消费者确认机制
失败重试机制

1.1.生产者消息确认

RabbitMQ提供了publisher confirm机制来避免消息发送到MQ过程中丢失。这种机制必须给每个消息指定一个唯一ID。消息发送到MQ以后，会返回一个结果给发送者，表示消息是否处理成功。

返回结果有两种方式：

publisher-confirm，发送者确认
- 消息成功投递到交换机，返回ack
- 消息未投递到交换机，返回nack
publisher-return，发送者回执
- 消息投递到交换机了，但是没有路由到队列。返回ACK，及路由失败原因。
  
  image-20210718160907166.png
注意：确认机制发送消息时，需要给每个消息设置一个全局唯一id，以区分不同消息，避免ack冲突

1.1.1修改配置

首先，修改publisher服务中的application.yml文件，添加下面的内容：

spring:
  rabbitmq:
    publisher-confirm-type: correlated
    publisher-returns: true
    template:
      mandatory: true

说明：

publish-confirm-type：开启publisher-confirm，这里支持两种类型：
- simple：同步等待confirm结果，直到超时
- correlated：异步回调，定义ConfirmCallback，MQ返回结果时会回调这个ConfirmCallback
publish-returns：开启publish-return功能，同样是基于callback机制，不过是定义ReturnCallback
template.mandatory：定义消息路由失败时的策略。true，则调用ReturnCallback；false：则直接丢弃消息

1.1.2.定义Return回调

每个RabbitTemplate只能配置一个ReturnCallback，因此需要在项目加载时配置：

修改publisher服务，添加一个：

@Slf4j
@Configuration
public class CommonConfig implements ApplicationContextAware {
    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        // 获取RabbitTemplate
        RabbitTemplate rabbitTemplate = applicationContext.getBean(RabbitTemplate.class);
        // 设置ReturnCallback
        rabbitTemplate.setReturnCallback((message, replyCode, replyText, exchange, routingKey) -> {
            // 投递失败，记录日志
            log.info("消息发送失败，应答码{}，原因{}，交换机{}，路由键{},消息{}",
                     replyCode, replyText, exchange, routingKey, message.toString());
            // 如果有业务需要，可以重发消息
        });
    }
}

1.1.3.定义ConfirmCallback

ConfirmCallback可以在发送消息时指定，因为每个业务处理confirm成功或失败的逻辑不一定相同。
在publisher服务的cn.itcast.mq.spring.SpringAmqpTest类中，定义一个单元测试方法：

@Slf4j
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class SpringAmqpTest {
    @Autowired
    private RabbitTemplate rabbitTemplate;

    @Test
    public void testSendMessage2SimpleQueue() throws InterruptedException {
        String routingKey = "simple.test";
        String message = "hello, spring amqp!";
        CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());
        correlationData.getFuture().addCallback(confirm -> {
            //成功回调
            if (confirm.isAck()){
                //ACK
                log.debug("消息成功投递到交换机 消息id:{}",correlationData.getId());
            }else {
                //NACK
                log.error("消息投递到交换机失败 消息id:{}",correlationData.getId());
            }
        }, throwable -> {
            //失败回调
            log.error("消息发送失败"+throwable);
        });

        rabbitTemplate.convertAndSend("amq.topic", routingKey, message,correlationData);
    }
}

1.2.消息持久化

生产者确认可以确保消息投递到RabbitMQ的队列中，但是消息发送到RabbitMQ以后，如果突然宕机，也可能导致消息丢失。

要想确保消息在RabbitMQ中安全保存，必须开启消息持久化机制。

交换机持久化
队列持久化
消息持久化

1.2.1.交换机持久化

RabbitMQ中交换机默认是非持久化的，mq重启后就丢失。
SpringAMQP中可以通过代码指定交换机持久化：

@Bean
public DirectExchange simpleExchange(){
    // 三个参数：交换机名称、是否持久化、当没有queue与其绑定时是否自动删除
    return new DirectExchange("simple.direct", true, false);
}

默认情况下，由SpringAMQP声明的交换机都是持久化的。
可以在RabbitMQ控制台看到持久化的交换机都会带上D的标示

1.2.2.队列持久化

RabbitMQ中队列默认是非持久化的，mq重启后就丢失。
SpringAMQP中可以通过代码指定交换机持久化：

@Bean
public Queue simpleQueue(){
    // 使用QueueBuilder构建队列，durable就是持久化的
    return QueueBuilder.durable("simple.queue").build();
}

默认情况下，由SpringAMQP声明的队列都是持久化的。
可以在RabbitMQ控制台看到持久化的队列都会带上D的标示

1.2.3.消息持久化

利用SpringAMQP发送消息时，可以设置消息的属性（MessageProperties），指定delivery-mode：

1：非持久化
2：持久化
用java代码指定：

image-20210718165100016.png

默认情况下，SpringAMQP发出的任何消息都是持久化的，不用特意指定

1.3.消费者消息确认

RabbitMQ是阅后即焚机制，RabbitMQ确认消息被消费者消费后会立刻删除。
而RabbitMQ是通过消费者回执来确认消费者是否成功处理消息的：消费者获取消息后，应该向RabbitMQ发送ACK回执，表明自己已经处理消息。
有以下场景：

1）RabbitMQ投递消息给消费者
2）消费者获取消息后，返回ACK给RabbitMQ
3）RabbitMQ删除消息
4）消费者宕机，消息尚未处理
这样，消息就丢失了。因此消费者返回ACK的时机非常重要。
而SpringAMQP则允许配置三种确认模式：
- manual：手动ack，需要在业务代码结束后，调用api发送ack。
- auto：自动ack，由spring监测listener代码是否出现异常，没有异常则返回ack；抛出异常则返回nack
- none：关闭ack，MQ假定消费者获取消息后会成功处理，因此消息投递后立即被删除

由此可知：

none模式下，消息投递是不可靠的，可能丢失
auto模式类似事务机制，出现异常时返回nack，消息回滚到mq；没有异常，返回ack
manual：自己根据业务情况，判断什么时候该ack
一般，我们都是使用默认的auto即可。

1.3.1.演示none模式

修改consumer服务的application.yml文件，添加下面内容：

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        acknowledge-mode: none # 关闭ack

修改consumer服务的SpringRabbitListener类中的方法，模拟一个消息处理异常：

@RabbitListener(queues = "simple.queue")
public void listenSimpleQueue(String msg) {
    log.info("消费者接收到simple.queue的消息：【{}】", msg);
    // 模拟异常
    System.out.println(1 / 0);
    log.debug("消息处理完成！");
}

测试可以发现，当消息处理抛异常时，消息依然被RabbitMQ删除了

1.3.2.演示auto模式

再次把确认机制修改为auto:

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        acknowledge-mode: auto # 关闭ack

在异常位置打断点，再次发送消息，程序卡在断点时，可以发现此时消息状态为unack（未确定状态）：

image-20210718171705383.png

抛出异常后，因为Spring会自动返回nack，所以消息恢复至Ready状态，并且没有被RabbitMQ删除：

image-20210718171759179.png

1.4.消费失败重试机制

当消费者出现异常后，消息会不断requeue（重入队）到队列，再重新发送给消费者，然后再次异常，再次requeue，无限循环，导致mq的消息处理飙升，带来不必要的压力

1.4.1.本地重试

可以利用Spring的retry机制，在消费者出现异常时利用本地重试，而不是无限制的requeue到mq队列。
修改consumer服务的application.yml文件，添加内容：

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        retry:
          enabled: true # 开启消费者失败重试
          initial-interval: 1000 # 初识的失败等待时长为1秒
          multiplier: 1 # 失败的等待时长倍数，下次等待时长 = multiplier * last-interval
          max-attempts: 3 # 最大重试次数
          stateless: true # true无状态；false有状态。如果业务中包含事务，这里改为false

重启consumer服务，重复之前的测试。可以发现：

在重试3次后，SpringAMQP会抛出异常AmqpRejectAndDontRequeueException，说明本地重试触发了
查看RabbitMQ控制台，发现消息被删除了，说明最后SpringAMQP返回的是ack，mq删除消息了

结论：

开启本地重试时，消息处理过程中抛出异常，不会requeue到队列，而是在消费者本地重试
重试达到最大次数后，Spring会返回ack，消息会被丢弃

1.4.2.失败策略

在之前的测试中，达到最大重试次数后，消息会被丢弃，这是由Spring内部机制决定的。

在开启重试模式后，重试次数耗尽，如果消息依然失败，则需要有MessageRecovery接口来处理，它包含三种不同的实现：

RejectAndDontRequeueRecoverer：重试耗尽后，直接reject，丢弃消息。默认就是这种方式
ImmediateRequeueMessageRecoverer：重试耗尽后，返回nack，消息重新入队
RepublishMessageRecoverer：重试耗尽后，将失败消息投递到指定的交换机

比较优雅的一种处理方案是RepublishMessageRecoverer，失败后将消息投递到一个指定的，专门存放异常消息的队列，后续由人工集中处理。
1）在consumer服务中定义处理失败消息的交换机和队列

@Bean
public DirectExchange errorMessageExchange(){
    return new DirectExchange("error.direct");
}
@Bean
public Queue errorQueue(){
    return new Queue("error.queue", true);
}
@Bean
public Binding errorBinding(Queue errorQueue, DirectExchange errorMessageExchange){
    return BindingBuilder.bind(errorQueue).to(errorMessageExchange).with("error");
}

2）定义一个RepublishMessageRecoverer，关联队列和交换机

@Bean
public MessageRecoverer republishMessageRecoverer(RabbitTemplate rabbitTemplate){
    return new RepublishMessageRecoverer(rabbitTemplate, "error.direct", "error");
}

完整代码：

@Configuration
public class ErrorMessageConfig {
    @Bean
    public DirectExchange errorMessageExchange(){
        return new DirectExchange("error.direct");
    }
    @Bean
    public Queue errorQueue(){
        return new Queue("error.queue", true);
    }
    @Bean
    public Binding errorBinding(Queue errorQueue, DirectExchange errorMessageExchange){
        return BindingBuilder.bind(errorQueue).to(errorMessageExchange).with("error");
    }

    @Bean
    public MessageRecoverer republishMessageRecoverer(RabbitTemplate rabbitTemplate){
        return new RepublishMessageRecoverer(rabbitTemplate, "error.direct", "error");
    }
}

如何确保RabbitMQ消息的可靠性？

开启生产者确认机制，确保生产者的消息能到达队列
开启持久化功能，确保消息未消费前在队列中不会丢失
开启消费者确认机制为auto，由spring确认消息处理成功后完成ack
开启消费者失败重试机制，并设置MessageRecoverer，多次重试失败后将消息投递到异常交换机，交由人工处理

2.死信交换机

2.1.初识死信交换机

2.1.1.什么是死信交换机

什么是死信？

当一个队列中的消息满足下列情况之一时，可以成为死信（dead letter）：

消费者使用basic.reject或 basic.nack声明消费失败，并且消息的requeue参数设置为false
消息是一个过期消息，超时无人消费
要投递的队列消息满了，无法投递

如果这个包含死信的队列配置了dead-letter-exchange属性，指定了一个交换机，那么队列中的死信就会投递到这个交换机中，而这个交换机称为死信交换机（Dead Letter Exchange，检查DLX）。
如图，一个消息被消费者拒绝了，变成了死信：

image-20210718174328383.png

因为simple.queue绑定了死信交换机 dl.direct，因此死信会投递给这个交换机：

image-20210718174416160.png

如果这个死信交换机也绑定了一个队列，则消息最终会进入这个存放死信的队列：

image-20210718174506856.png

另外，队列将死信投递给死信交换机时，必须知道两个信息：

死信交换机名称
死信交换机与死信队列绑定的RoutingKey

这样才能确保投递的消息能到达死信交换机，并且正确的路由到死信队列。

image-20210821073801398.png

什么样的消息会成为死信？

消息被消费者reject或者返回nack
消息超时未消费
队列满了

死信交换机的使用场景是什么？

如果队列绑定了死信交换机，死信会投递到死信交换机；
可以利用死信交换机收集所有消费者处理失败的消息（死信），交由人工处理，进一步提高消息队列的可靠性。

2.2.TTL

一个队列中的消息如果超时未消费，则会变为死信，超时分为两种情况：

消息所在的队列设置了超时时间
消息本身设置了超时时间

image-20210718182643311.png

2.2.1.接收超时死信的死信交换机

在consumer服务的SpringRabbitListener中，定义一个新的消费者，并且声明死信交换机、死信队列：

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
            value = @Queue(name = "dl.queue",declare = "true"),
            exchange = @Exchange(value = "dl.direct"),
            key = "dl"
    ))
    public void listenDlQueue(String msg){
        log.info("消费者接收到了dl.queue的延迟消息");
    }

2.2.2.声明一个队列，并且指定TTL,声明交换机，将ttl与交换机绑定,发送消息，但是不要指定TTL：

要给队列设置超时时间，需要在声明队列时配置x-message-ttl属性：

@Bean
    public Queue ttlQueue(){
        return QueueBuilder.durable("ttl.queue") // 指定队列名称，并持久化
                .ttl(10000) // 设置队列的超时时间，10秒
                .deadLetterExchange("dl.direct") // 指定死信交换机
                .deadLetterRoutingKey("dl")
                .build();
    }
    @Bean
    public DirectExchange ttlExchange(){
        return new DirectExchange("ttl.direct");
    }
    @Bean
    public Binding ttlBinding(){
        return BindingBuilder.bind(ttlQueue()).to(ttlExchange()).with("ttl");
    }

2.2.3.发送消息时，设定TTL

@Test
    public void testTTLMessage(){
        Message message = MessageBuilder
                .withBody("halou ttl lixin".getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
                .setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.PERSISTENT)
                .setExpiration("5000")
                .build();
        rabbitTemplate.convertAndSend("ttl.direct","ttl",message);
        log.info("消息已经成功发送");
    }

消息超时的两种方式是？

给队列设置ttl属性，进入队列后超过ttl时间的消息变为死信
给消息设置ttl属性，队列接收到消息超过ttl时间后变为死信

如何实现发送一个消息20秒后消费者才收到消息？

给消息的目标队列指定死信交换机
将消费者监听的队列绑定到死信交换机
发送消息时给消息设置超时时间为20秒

2.3.延迟队列

利用TTL结合死信交换机，我们实现了消息发出后，消费者延迟收到消息的效果。这种消息模式就称为延迟队列（Delay Queue）模式。

延迟队列的使用场景包括：

延迟发送短信
用户下单，如果用户在15 分钟内未支付，则自动取消
预约工作会议，20分钟后自动通知所有参会人员

因为延迟队列的需求非常多，所以RabbitMQ的官方也推出了一个插件，原生支持延迟队列效果。

这个插件就是DelayExchange插件。参考RabbitMQ的插件列表页面：https://www.rabbitmq.com/community-plugins.html
使用方式可以参考官网地址：https://blog.rabbitmq.com/posts/2015/04/scheduling-messages-with-rabbitmq

2.3.2.DelayExchange原理

DelayExchange需要将一个交换机声明为delayed类型。当我们发送消息到delayExchange时，流程如下：

接收消息
判断消息是否具备x-delay属性
如果有x-delay属性，说明是延迟消息，持久化到硬盘，读取x-delay值，作为延迟时间
返回routing not found结果给消息发送者
x-delay时间到期后，重新投递消息到指定队列

2.3.3.使用DelayExchange

插件的使用也非常简单：声明一个交换机，交换机的类型可以是任意类型，只需要设定delayed属性为true即可，然后声明队列与其绑定即可。

1）声明DelayExchange交换机

基于注解方式（推荐）：

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
            value = @Queue(name = "delay.queue",durable = "true"),
            exchange = @Exchange(name = "delay.direct",delayed = "true"),
            key = "delay"
    ))
    public void listenDelayExchange(String msg){
        log.info("消费者接收到了delay.queue的延迟消息");
    }

也可以基于@Bean的方式：

image-20210718193831076.png

2）发送消息

发送消息时，一定要携带x-delay属性，指定延迟的时间：

@Test
    public void testSendDeleayMessage() throws InterruptedException {
        String routingKey = "delay";
        Message message = MessageBuilder
                .withBody("halou ttl lixin".getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
                .setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.PERSISTENT)
                .setHeader("x-delay",5000) //一定要携带x-delay属性，指定延迟的时间
                .build();
        CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());

        rabbitTemplate.convertAndSend("delay.direct", routingKey, message,correlationData);

        log.info("消息发送成功");
    }

延迟队列插件的使用步骤包括哪些？

•声明一个交换机，添加delayed属性为true
•发送消息时，添加x-delay头，值为超时时间

3.2.惰性队列

Lazy Queues，也就是惰性队列
惰性队列的特征如下：

接收到消息后直接存入磁盘而非内存
消费者要消费消息时才会从磁盘中读取并加载到内存
支持数百万条的消息存储

3.2.1.基于@Bean声明lazy-queue

image-20210718194522223.png

3.2.2.基于@RabbitListener声明LazyQueue

image-20210718194539054.png

3.2.3 测试

@Test
    public void testSendLazyQueue() throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            String routingKey = "delay";
            Message message = MessageBuilder
                    .withBody("halou spring".getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
                    .setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.NON_PERSISTENT)
                    .build();
            rabbitTemplate.convertAndSend("lazy.queue", message);
        }
    }
    @Test
    public void testSendNormalQueue() throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            String routingKey = "delay";
            Message message = MessageBuilder
                    .withBody("halou spring".getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
                    .setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.NON_PERSISTENT)
                    .build();
            rabbitTemplate.convertAndSend("normal.queue", message);
        }
    }

3.3.总结

消息堆积问题的解决方案？

队列上绑定多个消费者，提高消费速度
使用惰性队列，可以再mq中保存更多消息

惰性队列的优点有哪些？

基于磁盘存储，消息上限高
没有间歇性的page-out，性能比较稳定

惰性队列的缺点有哪些？

基于磁盘存储，消息时效性会降低
性能受限于磁盘的IO

MQ高级服务异步通信

MQ高级服务异步通信

1.消息可靠性

1.1.生产者消息确认

1.1.1修改配置

1.1.2.定义Return回调

1.1.3.定义ConfirmCallback

1.2.消息持久化

1.2.1.交换机持久化

1.2.2.队列持久化

1.2.3.消息持久化

1.3.消费者消息确认

1.3.1.演示none模式

1.3.2.演示auto模式

1.4.消费失败重试机制

1.4.1.本地重试

1.4.2.失败策略

2.死信交换机

2.1.初识死信交换机

2.1.1.什么是死信交换机

2.2.TTL

2.2.1.接收超时死信的死信交换机

2.2.2.声明一个队列，并且指定TTL,声明交换机，将ttl与交换机绑定,发送消息，但是不要指定TTL：

2.2.3.发送消息时，设定TTL

2.3.延迟队列

2.3.2.DelayExchange原理

2.3.3.使用DelayExchange

1）声明DelayExchange交换机

2）发送消息

3.2.惰性队列

3.2.1.基于@Bean声明lazy-queue

3.2.2.基于@RabbitListener声明LazyQueue

3.2.3 测试

3.3.总结

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1.1.1修改配置

1.1.2.定义Return回调

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1.2.消息持久化

1.2.1.交换机持久化

1.2.2.队列持久化

1.2.3.消息持久化

1.3.消费者消息确认

1.3.1.演示none模式

1.3.2.演示auto模式

1.4.消费失败重试机制

1.4.1.本地重试

1.4.2.失败策略

2.死信交换机

2.1.初识死信交换机

2.1.1.什么是死信交换机

2.2.TTL

2.2.1.接收超时死信的死信交换机

2.2.2.声明一个队列，并且指定TTL,声明交换机，将ttl与交换机绑定,发送消息，但是不要指定TTL：

2.2.3.发送消息时，设定TTL

2.3.延迟队列

2.3.2.DelayExchange原理

2.3.3.使用DelayExchange

1）声明DelayExchange交换机

2）发送消息

3.2.惰性队列

3.2.1.基于@Bean声明lazy-queue

3.2.2.基于@RabbitListener声明LazyQueue

3.2.3 测试

3.3.总结

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