精品专栏

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• 前言
• 正文
• 1. 消息队列概述
• 2. 消息队列的特点
• 3. 消息队列的传递服务模型
• 4. 消息队列的的传输模式
• 5. 消息队列应用场景
• 6. 消息队列的推拉模型
• 7. 消息队列技术对比
• 小结

前言

消息队列 已经逐渐成为企业应用系统 内部通信 的核心手段。它具有 低耦合 、 可靠投递 、 广播 、 流量控制 、 最终一致性 等一系列功能。

当前使用较多的 消息队列 有 RabbitMQ 、RocketMQ、ActiveMQ、Kafka、ZeroMQ、MetaMQ 等，而部分 数据库 如 Redis、MySQL 以及 phxsql 也可实现消息队列的功能。

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正文

1. 消息队列概述

消息队列 是指利用 高效可靠 的 消息传递机制 进行与平台无关的 数据交流 ，并基于 数据通信 来进行 分布式 系统的集成。

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通过提供 消息传递 和 消息排队 模型，它可以在 分布式环境 下提供 应用 解耦 、 弹性伸缩 、 冗余存储 、 流量削峰 、 异步通信 、 数据同步 等等功能，其作为 分布式系统架构 中的一个重要组件，有着举足轻重的地位。

2. 消息队列的特点

2.1. 采用异步处理模式

消息发送者 可以发送一个消息而无须等待响应。 消息发送者 将消息发送到一条 虚拟的通道 （ 主题 或 队列 ）上， 消息接收者 则 订阅 或是 监听 该通道。一条信息可能最终转发给 一个或多个 消息接收者，这些接收者都无需对 消息发送者 做出 同步回应 。整个过程都是 异步的 。

2.2. 应用系统之间解耦合

主要体现在如下两点：

1. 发送者和接受者不必了解对方、只需要 确认消息 ；
2. 发送者和接受者 不必同时在线 。

比如在线交易系统为了保证数据的 最终一致 ，在 支付系统 处理完成后会把 支付结果 放到 消息中间件 里，通知 订单系统 修改 订单支付状态 。两个系统是通过消息中间件解耦的。

3. 消息队列的传递服务模型

消息队列的 传递服务模型 如下图所示：

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4. 消息队列的的传输模式

4.1. 点对点模型

点对点模型 用于 消息生产者 和 消息消费者 之间 点到点 的通信。消息生产者将消息发送到由某个名字标识的特定消费者。这个名字实际上对于消费服务中的一个 队列 （Queue），在消息传递给消费者之前它被 存储 在这个队列中。 队列消息 可以放在 内存 中也可以 持久化 ，以保证在消息服务出现故障时仍然能够传递消息。

传统的点对点消息中间件通常由 消息队列服务 、 消息传递服务 、 消息队列 和 消息应用程序接口 API 组成，其典型的结构如下图所示。

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特点：

1. 每个消息只用一个消费者；
2. 发送者和接受者没有时间依赖；
3. 接受者确认消息接受和处理成功。

示意图如下所示：

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4.2. 发布/订阅模型（Pub/Sub）

发布者/订阅者 模型支持向一个特定的 消息主题 生产消息。0 或 多个订阅者 可能对接收来自 特定消息主题 的消息感兴趣。

在这种模型下，发布者和订阅者彼此不知道对方，就好比是匿名公告板。这种模式被概况为：多个消费者可以获得消息，在 发布者 和 订阅者 之间存在 时间依赖性 。发布者需要建立一个 订阅 （subscription），以便能够消费者订阅。 订阅者 必须保持 持续的活动状态 并 接收消息 。

在这种情况下，在订阅者 未连接时 ，发布的消息将在订阅者 重新连接 时 重新发布 ，如下图所示：

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特性：

1. 每个消息可以有多个订阅者；
2. 客户端只有订阅后才能接收到消息；
3. 持久订阅和非持久订阅。

注意：

• 发布者和订阅者有时间依赖：接受者和发布者只有建立订阅关系才能收到消息；
• 持久订阅：订阅关系建立后，消息就不会消失，不管订阅者是否都在线；
• 非持久订阅：订阅者为了接受消息，必须一直在线。 当只有一个订阅者时约等于点对点模式

5. 消息队列应用场景

当你需要使用 消息队列 时，首先需要考虑它的必要性。可以使用消息队列的场景有很多，最常用的几种，是做 应用程序松耦合 、 异步处理模式 、 发布与订阅 、 最终一致性 、 错峰流控 和 日志缓冲 等。反之，如果需要 强一致性 ，关注业务逻辑的处理结果，则使用 RPC 显得更为合适。

5.1. 异步处理

非核心 流程 异步化 ，减少系统 响应时间 ，提高 吞吐量 。例如： 短信通知 、 终端状态推送 、App 推送 、 用户注册 等。

消息队列 一般都内置了 高效的通信机制 ，因此也可以用于单纯的消息通讯，比如实现 点对点消息队列 或者 聊天室 等。

应用案例

网站用户注册，注册成功后会过一会发送邮件确认或者短息。

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5.2. 系统解耦

• 系统之间不是 强耦合的 ， 消息接受者 可以随意增加，而不需要修改 消息发送者的代码 。 消息发送者 的成功不依赖 消息接受者 （比如：有些银行接口不稳定，但调用方并不需要依赖这些接口）。
• 不强依赖 于非本系统的核心流程，对于 非核心流程 ，可以放到消息队列中让 消息消费者 去按需消费，而 不影响核心主流程 。

5.3. 最终一致性

最终一致性 不是 消息队列 的必备特性，但确实可以依靠 消息队列 来做 最终一致性 的事情。

• 先写消息再操作 ，确保操作完成后再修改消息状态。 定时任务补偿机制 实现消息 可靠发送接收 、业务操作的可靠执行，要注意 消息重复 与 幂等设计 。
• 所有不保证 100% 不丢消息 的消息队列，理论上无法实现 最终一致性 。

像 Kafka 一类的设计，在设计层面上就有 丢消息 的可能（比如 定时刷盘 ，如果掉电就会丢消息）。哪怕只丢千分之一的消息，业务也必须用其他的手段来保证结果正确。

5.4. 广播

生产者/消费者 模式，只需要关心消息是否 送达队列 ，至于谁希望订阅和需要消费，是 下游 的事情，无疑极大地减少了开发和联调的工作量。

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5.5. 流量削峰和流控

当 上下游系统 处理能力存在差距的时候，利用 消息队列 做一个通用的 “漏斗” ，进行 限流控制 。在下游有能力处理的时候，再进行分发。

举个例子：用户在支付系统成功结账后，订单系统会通过短信系统向用户推送扣费通知。 短信系统 可能由于 短板效应 ，速度卡在 网关 上（每秒几百次请求），跟 前端的并发量 不是一个数量级。 于是，就造成 支付系统 和 短信系统 的处理能力出现差异化。

然而用户晚上个半分钟左右收到短信，一般是不会有太大问题的。如果没有消息队列，两个系统之间通过 协商 、 滑动窗口 等复杂的方案也不是说不能实现。但 系统复杂性 指数级增长，势必在 上游 或者 下游 做 存储 ，并且要处理 定时 、 拥塞 等一系列问题。而且每当有 处理能力有差距 的时候，都需要 单独 开发一套逻辑来维护这套逻辑。

所以，利用中间系统转储两个系统的通信内容，并在下游系统有能力处理这些消息的时候，再处理这些消息，是一套相对较通用的方式。

应用案例

1. 把消息队列当成可靠的 消息暂存地 ，进行一定程度的 消息堆积 ；
2. 定时进行消息投递，比如模拟 用户秒杀 访问，进行 系统性能压测 。

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5.6. 日志处理

将消息队列用在 日志处理 中，比如 Kafka 的应用，解决 海量日志 传输和缓冲的问题。

应用案例

把日志进行集中收集，用于计算 PV、 用户行为分析 等等。

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5.7. 消息通讯

消息队列一般都内置了 高效的通信机制 ，因此也可以用于单纯的 消息通讯 ，比如实现 点对点消息队列 或者 聊天室 等。

6. 消息队列的推拉模型

6.1. Push推消息模型

消息生产者 将消息发送给 消息队列 ， 消息队列 又将消息推给 消息消费者 。

6.2. Pull拉消息模型

消费者 请求 消息队列 接受消息， 消息生产者 从 消息队列 中拉该消息。

6.3. 两种类型的区别

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7. 消息队列技术对比

本部分主要介绍四种常用的消息队列（ActiveMQ / RabbitMQ / RocketMQ / Kafka）的主要特性、优点、缺点。

7.1. ActiveMQ

ActiveMQ 是由 Apache 出品，ActiveMQ 是一个完全支持 JMS 1.1 和 J2EE 1.4 规范的 JMS Provider 实现。它非常快速，支持 多种语言的客户端 和 协议 ，而且可以非常容易的嵌入到企业的应用环境中，并有许多高级功能。

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(a) 主要特性

1. 服从JMS规范 ：JMS 规范提供了良好的标准和保证，包括： 同步 或 异步 的消息分发，一次和仅一次的消息分发， 消息接收 和 订阅 等等。遵从 JMS 规范的好处在于，不论使用什么 JMS 实现提供者，这些基础特性都是可用的；
2. 连接灵活性 ：ActiveMQ 提供了广泛的 连接协议 ，支持的协议有：HTTP/S，IP 多播 ，SSL，TCP，UDP 等等。对众多协议的支持让 ActiveMQ 拥有了很好的灵活性；
3. 支持的协议种类多 ：OpenWire、STOMP、REST、XMPP、AMQP；
4. 持久化插件和安全插件 ：ActiveMQ 提供了 多种持久化 选择。而且，ActiveMQ 的安全性也可以完全依据用户需求进行 自定义鉴权 和 授权 ；
5. 支持的客户端语言种类多 ：除了 Java 之外，还有：C/C++，.NET，Perl，PHP，Python，Ruby；
6. 代理集群 ：多个 ActiveMQ 代理 可以组成一个 集群 来提供服务；
7. 异常简单的管理 ：ActiveMQ 是以开发者思维被设计的。所以，它并不需要专门的管理员，因为它提供了简单又使用的管理特性。有很多中方法可以 监控 ActiveMQ 不同层面的数据，包括使用在 JConsole 或者在 ActiveMQ 的 Web Console 中使用 JMX 。通过处理 JMX 的告警消息，通过使用 命令行脚本 ，甚至可以通过监控各种类型的 日志 。

(b) 部署环境

ActiveMQ 可以运行在 Java 语言所支持的平台之上。使用 ActiveMQ 需要：

• Java JDK
• ActiveMQ 安装包

(c) 优点

1. 跨平台 (JAVA 编写与平台无关，ActiveMQ 几乎可以运行在任何的 JVM 上)；
2. 可以用 JDBC：可以将 数据持久化 到数据库。虽然使用 JDBC 会降低 Active MQ 的性能，但是数据库一直都是开发人员最熟悉的存储介质；
3. 支持 JMS 规范：支持 JMS 规范提供的 统一接口 ;
4. 支持 自动重连 和 错误重试机制 ；
5. 有安全机制：支持基于 shiro，jaas 等多种 安全配置机制 ，可以对 Queue/Topic 进行 认证和授权 ；
6. 监控完善：拥有完善的 监控 ，包括 Web Console，JMX，Shell 命令行，Jolokia 的 RESTful API；
7. 界面友善：提供的 Web Console 可以满足大部分情况，还有很多 第三方的组件 可以使用，比如 hawtio；

(d) 缺点

1. 社区活跃度不及 RabbitMQ 高；
2. 根据其他用户反馈，会出莫名其妙的问题，会 丢失消息 ；
3. 目前重心放到 activemq 6.0 产品 Apollo，对 5.x 的维护较少；
4. 不适合用于 上千个队列 的应用场景；

7.2. RabbitMQ

RabbitMQ 于 2007 年发布，是一个在 AMQP ( 高级消息队列协议 )基础上完成的，可复用的企业消息系统，是当前最主流的消息中间件之一。

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(a) 主要特性

1. 可靠性 ：提供了多种技术可以让你在 性能 和 可靠性 之间进行 权衡 。这些技术包括 持久性机制 、 投递确认 、 发布者证实 和 高可用性机制 ；
2. 灵活的路由 ：消息在到达队列前是通过 交换机 进行 路由 的。RabbitMQ 为典型的路由逻辑提供了 多种内置交换机 类型。如果你有更复杂的路由需求，可以将这些交换机组合起来使用，你甚至可以实现自己的交换机类型，并且当做 RabbitMQ 的 插件 来使用；
3. 消息集群 ：在相同局域网中的多个 RabbitMQ 服务器可以 聚合 在一起，作为一个独立的逻辑代理来使用；
4. 队列高可用 ：队列可以在集群中的机器上 进行镜像 ，以确保在硬件问题下还保证 消息安全 ；
5. 支持多种协议 ：支持 多种消息队列协议 ；
6. 支持多种语言 ：用 Erlang 语言编写，支持只要是你能想到的 所有编程语言 ；
7. 管理界面 ： RabbitMQ 有一个易用的 用户界面 ，使得用户可以 监控 和 管理 消息 Broker 的许多方面；
8. 跟踪机制 ：如果 消息异常 ，RabbitMQ 提供消息跟踪机制，使用者可以找出发生了什么；
9. 插件机制 ：提供了许多 插件 ，来从多方面进行扩展，也可以编写自己的插件。

(b) 部署环境

RabbitMQ 可以运行在 Erlang 语言所支持的平台之上，包括 Solaris，BSD，Linux，MacOSX，TRU64，Windows 等。使用 RabbitMQ 需要：

• ErLang 语言包
• RabbitMQ 安装包

(c) 优点

1. 由于 Erlang 语言的特性，消息队列性能较好，支持 高并发 ；
2. 健壮、稳定、易用、 跨平台 、支持 多种语言 、文档齐全；
3. 有消息 确认机制 和 持久化机制 ，可靠性高；
4. 高度可定制的 路由 ；
5. 管理界面 较丰富，在互联网公司也有较大规模的应用，社区活跃度高。

(d) 缺点

1. 尽管结合 Erlang 语言本身的并发优势，性能较好，但是不利于做 二次开发和维护 ；
2. 实现了 代理架构 ，意味着消息在发送到客户端之前可以在 中央节点 上排队。此特性使得 RabbitMQ 易于使用和部署，但是使得其 运行速度较慢 ，因为中央节点 增加了延迟 ， 消息封装后 也比较大；
3. 需要学习 比较复杂 的 接口和协议 ，学习和维护成本较高。

7.3. RocketMQ

RocketMQ 出自 阿里 的开源产品，用 Java 语言实现，在设计时参考了 Kafka，并做出了自己的一些改进， 消息可靠性上 比 Kafka 更好。RocketMQ 在阿里内部被广泛应用在 订单 ， 交易 ， 充值 ， 流计算 ， 消息推送 ， 日志流式处理 ，binglog 分发 等场景。

(a) 主要特性

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1. 基于 队列模型 ：具有 高性能 、 高可靠 、 高实时 、 分布式 等特点；
2. Producer、Consumer、 队列 都支持 分布式 ；
3. Producer 向一些队列轮流发送消息， 队列集合 称为 Topic。Consumer 如果做 广播消费 ，则一个 Consumer 实例消费这个 Topic 对应的 所有队列 ；如果做 集群消费 ，则 多个 Consumer 实例 平均消费 这个 Topic 对应的队列集合；
4. 能够保证 严格的消息顺序 ；
5. 提供丰富的 消息拉取模式 ；
6. 高效的订阅者 水平扩展 能力；
7. 实时 的 消息订阅机制 ；
8. 亿级 消息堆积 能力；
9. 较少的外部依赖。

(b) 部署环境

RocketMQ 可以运行在 Java 语言所支持的平台之上。使用 RocketMQ 需要：

• Java JDK
• 安装 git、Maven
• RocketMQ 安装包

(c) 优点

1. 单机 支持 1 万以上 持久化队列 ；
2. RocketMQ 的所有消息都是 持久化的 ，先写入系统 PAGECACHE，然后 刷盘 ，可以保证 内存 与 磁盘 都有一份数据，而 访问 时，直接 从内存读取 。
3. 模型简单，接口易用（JMS 的接口很多场合并不太实用）；
4. 性能非常好 ，可以允许 大量堆积消息 在 Broker 中；
5. 支持 多种消费模式 ，包括 集群消费 、 广播消费 等；
6. 各个环节 分布式扩展设计 ，支持 主从 和 高可用 ；
7. 开发度较活跃，版本更新很快。

(d) 缺点

1. 支持的 客户端语言 不多，目前是 Java 及 C++，其中 C++ 还不成熟；
2. RocketMQ 社区关注度及成熟度也不及前两者；
3. 没有 Web 管理界面，提供了一个 CLI (命令行界面) 管理工具带来 查询 、 管理 和 诊断各种问题 ；
4. 没有在 MQ 核心里实现 JMS 等接口；

7.4. Kafka

Apache Kafka 是一个 分布式消息发布订阅 系统。它最初由 LinkedIn 公司基于独特的设计实现为一个 分布式的日志提交系统 (a distributed commit log)，之后成为 Apache 项目的一部分。Kafka 性能高效 、 可扩展良好 并且 可持久化 。它的 分区特性 ， 可复制 和 可容错 都是其不错的特性。

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(a) 主要特性

1. 快速持久化 ：可以在 O(1) 的系统开销下进行 消息持久化 ；
2. 高吞吐 ：在一台普通的服务器上既可以达到 10W/s 的 吞吐速率 ；
3. 完全的分布式系统 ：Broker、Producer 和 Consumer 都原生自动支持 分布式 ，自动实现 负载均衡 ；
4. 支持 同步 和 异步 复制两种 高可用机制 ；
5. 支持 数据批量发送 和 拉取 ；
6. 零拷贝技术(zero-copy) ：减少 IO 操作步骤，提高 系统吞吐量 ；
7. 数据迁移 、 扩容 对用户透明；
8. 无需停机 即可扩展机器；
9. 其他特性 ：丰富的 消息拉取模型 、高效 订阅者水平扩展 、实时的 消息订阅 、亿级的 消息堆积能力 、定期删除机制；

(b) 部署环境

使用 Kafka 需要：

• Java JDK
• Kafka 安装包

(c) 优点

1. 客户端语言丰富 ：支持 Java、.Net、PHP、Ruby、Python、Go 等多种语言；
2. 高性能 ：单机写入 TPS 约在 100 万条/秒，消息大小 10 个字节；
3. 提供 完全分布式架构 ，并有 replica 机制，拥有较高的 可用性 和 可靠性 ，理论上支持 消息无限堆积 ；
4. 支持批量操作；
5. 消费者 采用 Pull 方式获取消息。 消息有序 ， 通过控制 能够保证所有消息被消费且仅被消费 一次 ；
6. 有优秀的第三方 Kafka Web 管理界面 Kafka-Manager；
7. 在 日志领域 比较成熟，被多家公司和多个开源项目使用。

(d) 缺点

1. Kafka 单机超过 64 个 队列/分区 时，Load 时会发生明显的飙高现象。 队列 越多， 负载 越高，发送消息 响应时间变长 ；
2. 使用 短轮询方式 ， 实时性 取决于 轮询间隔时间 ；
3. 消费失败 不支持重试 ；
4. 支持 消息顺序 ，但是 一台代理宕机 后，就会产生 消息乱序 ；
5. 社区更新较慢。

7.5. 几种消息队列对比

这里列举了上述四种消息队列的差异对比：

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Kafka 在于 分布式架构 ，RabbitMQ 基于 AMQP 协议 来实现，RocketMQ 的思路来源于 Kafka，改成了 主从结构 ，在 事务性 和 可靠性 方面做了优化。广泛来说， 电商 、 金融 等对 事务一致性 要求很高的，可以考虑 RabbitMQ 和 RocketMQ，对 性能要求高 的可考虑 Kafka。

小结

本文介绍了消息队列的特点，消息队列的 传递服务模型 ，消息的 传输方式 ，消息的 推拉模式 。然后介绍了 ActiveMQ，RabbitMQ，RocketMQ 和 Kafka 几种常见的消息队列，阐述了 各种消息队列 的 主要特点 和 优缺点 。通过本文，对于消息队列及相关技术选型，相信你会有了更深入的理解和认识。更多细节和原理性的东西，还需在实践中见真知！