1. RabbitMQ 服务异步通讯

1.1 初始 MQ

微服务间通讯有同步和异步两种方式：

• 同步通讯：就像打电话，需要实时响应。
• 异步通讯：就像发邮件，不需要马上回复。

1.1.1 同步通讯

Feign 调用就属于同步方式，虽然调用可以实时得到结果，但存在下面的问题：

• 耦合度高：每次加入新的需求，都需要改动原来的代码
• 性能下降：需等待服务提供者，如果调用链过长，则等待时长等于每次调用的时长之和
• 资源浪费：在等待响应过程中不能释放请求占用，高并发下占用过多系统资源
• 级联失败：如果服务提供者出现问题，那么所有的调用方都会出现问题

1.1.2 异步通讯

异步调用的常见实现就是事件驱动模式：为了解除事件发布者与订阅者之间的耦合，两者并不是直接通信，而是有一个中间人（Broker）。发布者发布事件到 Broker，不关心谁来订阅事件。订阅者从 Broker 订阅事件，不关心谁发来的消息。

Broker 是一个像数据总线一样的东西，所有的服务要接收数据和发送数据都发到这个总线上，这个总线就像协议一样，让服务间的通讯变得标准和可控。

好处：

• 吞吐量提升：无需等待订阅者处理完成，响应更快速
• 故障隔离：服务没有直接调用，不存在级联失败问题
• 调用间没有阻塞，不会造成无效的资源占用
• 耦合度极低，每个服务都可以灵活插拔，可替换
• 流量削峰：不管发布事件的流量波动多大，都由 Broker 接收，订阅者可以按照自己的速度去处理事件

1.1.3 技术对比

MQ，中文是消息队列（Message Queue），字面来看就是存放消息的队列。也就是事件驱动架构中的 Broker。常见实现：ActiveMQ，RabbitMQ，RocketMQ，Kafka。

1.2 安装 RabbitMQ

建议在 Docker 中安装：

• 在线拉取镜像：docker pull rabbitmq:3-management
• 安装 MQ：

docker run \
 -e RABBITMQ_DEFAULT_USER=yubin \
 -e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123456 \
 --name mq \
 --hostname mq1 \
 -p 15672:15672 \
 -p 5672:5672 \
 -d \
 rabbitmq:3-management

之后可以访问 host:15672 查看。

RabbitMQ 中的一些概念：

• publisher：生产者
• consumer：消费者
• exchange：交换机，负责消息路由
• queue：队列，存储消息
• virtual host：虚拟主机，隔离不同租户的 exchange、queue、消息的隔离

1.3 RabbitMQ 消息模型

RabbitMQ 官方提供了多个不同的Demo示例，对应了不同的消息模型：

1.4 入门案例

可见官网的 Quick Start：RabbitMQ tutorial - "Hello World!" — RabbitMQ (opens new window)

2. Spring AMQP

Spring AMQP 是基于 RabbitMQ 封装的一套模板，并且还利用 Spring Boot 对其实现了自动装配，使用起来非常方便。

• AMQP：即 Advanced Message Queuing Protocol，是用于在应用程序之间传递业务消息的开放标准，该协议与语言和平台无关，更符合微服务中独立性的要求。
• Spring AMQP：是基于 AMQP 协议定义的一套 API 规范，提供了模板来发送和接收消息。包含两部分，其中 spring-amqp 是基础抽象，spring-rabbit 是底层的默认实现。

Spring AMQP 提供了三个功能：

• Rabbit Admin 自动声明队列、交换机及其绑定关系
• 基于注解的监听器模式，异步接收消息
• 封装了 RabbitTemplate 工具，用于发送和接收消息

2.1 Basic Queue 简单队列模型

在父工程 mq-demo 中引入依赖：

<!--AMQP依赖，包含RabbitMQ-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
</dependency>

2.1.1 消息发送

首先配置 MQ 地址，在 publisher 服务的 application.yml 中添加配置：

spring:
  rabbitmq:
    host: 192.168.150.101 # 主机名
    port: 5672 # 端口
    virtual-host: / # 虚拟主机
    username: yubin # 用户名
    password: 123456 # 密码

然后在 publisher 服务中编写测试类 SpringAmqpTest，并利用 RabbitTemplate 实现消息发送：

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class SpringAmqpTest {

    @Autowired
    private RabbitTemplate rabbitTemplate;

    @Test
    public void testSimpleQueue() {
        // 队列名称
        String queueName = "simple.queue";
        // 消息
        String message = "hello, spring amqp!";
        // 发送消息
        rabbitTemplate.convertAndSend(queueName, message);
    }
}

2.1.2 消息接收

首先配置 MQ 地址，在 consumer 服务的 application.yml 中添加配置：

spring:
  rabbitmq:
    host: 192.168.150.101 # 主机名
    port: 5672 # 端口
    virtual-host: / # 虚拟主机
    username: yubin # 用户名
    password: 123456 # 密码

然后在 consumer 服务的 listener 包中新建一个类 SpringRabbitListener，代码如下：

import org.springframework.amqp.rabbit.annotation.RabbitListener;
...

@Component
public class SpringRabbitListener {

    @RabbitListener(queues = "simple.queue")
    public void listenSimpleQueueMessage(String msg) throws InterruptedException {
        System.out.println("spring 消费者接收到消息：【" + msg + "】");
    }
}

2.2 Work Queue

Work queues，也被称为（Task queues），任务模型。简单来说就是让多个消费者绑定到一个队列，共同消费队列中的消息。

在简单模型中，只有一个 consumer，当消息处理比较耗时的时候，可能生产消息的速度会远远大于消息的消费速度。长此以往，消息就会堆积越来越多，无法及时处理。此时就可以使用 work 模型，多个消费者共同处理消息，速度就能大大提高了。

2.2.1 消息发送

这次我们循环发送，模拟大量消息堆积现象。

在 publisher 服务中的 SpringAmqpTest 类中添加一个测试方法：

/**
  * workQueue
  * 向队列中不停发送消息，模拟消息堆积。
  */
@Test
public void testWorkQueue() throws InterruptedException {
    // 队列名称
    String queueName = "simple.queue";
    // 消息
    String message = "hello, message_";
    for (int i = 0; i < 50; i++) {
        // 发送消息
        rabbitTemplate.convertAndSend(queueName, message + i);
        Thread.sleep(20);
    }
}

2.2.2 消息接收

要模拟多个消费者绑定同一个队列，我们在 consumer 服务的 SpringRabbitListener 中添加 2 个新的方法：

@RabbitListener(queues = "simple.queue")
public void listenWorkQueue1(String msg) throws InterruptedException {
    System.out.println("消费者1接收到消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
    Thread.sleep(20);
}

@RabbitListener(queues = "simple.queue")
public void listenWorkQueue2(String msg) throws InterruptedException {
    System.err.println("消费者2........接收到消息：【" + msg + "】" + LocalTime.now());
    Thread.sleep(200);
}

注意到这个消费者 sleep 了1000秒，模拟任务耗时。

2.2.3 测试

启动 ConsumerApplication 后，在执行 publisher 服务中刚刚编写的发送测试方法 testWorkQueue。

可以看到消费者 1 很快完成了自己的 25 条消息。消费者 2 却在缓慢的处理自己的 25 条消息。也就是说消息是平均分配给每个消费者，并没有考虑到消费者的处理能力。这样显然是有问题的。

这是由于 RabbitMQ 的消息预取机制造成的，即 consumer 预先把消息取出来，而没有考虑到处理能力。

2.2.4 能者多劳

修改 consumer 服务的 application.yml 文件，设置 preFetch 这个值，可以控制预取消息的上限：

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        prefetch: 1 # 每次只能获取一条消息，处理完成才能获取下一个消息

总结

Work模型的使用：

• 多个消费者绑定到一个队列，同一条消息只会被一个消费者处理
• 通过设置 prefetch 来控制消费者预取的消息数量

2.3 发布 / 订阅

发布订阅模式与之前案例的区别就是允许将同一消息发送给多个消费者。实现方式是加入了 exchange（交换机）。

Exchange：交换机，一方面，接收生产者发送的消息。另一方面，知道如何处理消息，例如递交给某个特别队列、递交给所有队列、或是将消息丢弃。到底如何操作，取决于 Exchange 的类型。Exchange 有以下 3 种类型：

• Fanout：广播，将消息交给所有绑定到交换机的队列
• Direct：定向，把消息交给符合指定 routing key 的队列
• Topic：通配符，把消息交给符合 routing pattern（路由模式） 的队列

Exchange（交换机）只负责转发消息，不具备存储消息的能力，因此如果没有任何队列与Exchange绑定，或者没有符合路由规则的队列，那么消息会丢失。

2.4 Fanout 型交换机

Fanout，英文翻译是扇出，我觉得在 MQ 中叫广播更合适。

在广播模式下，消息发送流程是这样的：

• 1） 可以有多个队列
• 2） 每个队列都要绑定到 Exchange（交换机）
• 3） 生产者发送的消息，只能发送到交换机，交换机来决定要发给哪个队列，生产者无法决定
• 4） 交换机把消息发送给绑定过的所有队列
• 5） 订阅队列的消费者都能拿到消息

Fanout Exchange 会将接收到的消息广播到每一个跟其绑定的 queue。

我们的计划是这样的：

• 创建一个交换机 itcast.fanout，类型是 Fanout
• 创建两个队列 fanout.queue1 和 fanout.queue2，绑定到交换机 itcast.fanout

2.4.1 声明队列和交换机

Spring 提供了一个接口 Exchange，来表示所有不同类型的交换机。

在 consumer 服务常见一个类，添加 @Configuration 注解，并声明 FanoutExchange、Queue 和绑定关系对象 Binding，代码如下：

import org.springframework.amqp.core.Binding;
import org.springframework.amqp.core.BindingBuilder;
import org.springframework.amqp.core.FanoutExchange;
import org.springframework.amqp.core.Queue;
...
    
@Configuration
public class FanoutConfig {
    /**
     * 声明交换机
     */
    @Bean
    public FanoutExchange fanoutExchange(){
        return new FanoutExchange("itcast.fanout");
    }

    /**
     * 第1个队列
     */
    @Bean
    public Queue fanoutQueue1(){
        return new Queue("fanout.queue1");
    }

    /**
     * 绑定队列和交换机
     */
    @Bean
    public Binding bindingQueue1(Queue fanoutQueue1, FanoutExchange fanoutExchange){
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue1).to(fanoutExchange);
    }

    /**
     * 第2个队列
     */
    @Bean
    public Queue fanoutQueue2(){
        return new Queue("fanout.queue2");
    }

    /**
     * 绑定队列和交换机
     */
    @Bean
    public Binding bindingQueue2(Queue fanoutQueue2, FanoutExchange fanoutExchange){
        return BindingBuilder.bind(fanoutQueue2).to(fanoutExchange);
    }
}

2.4.2 消息发送

在 publisher 服务的测试类中添加测试方法：

@Test
public void testFanoutExchange() {
    // 交换机名称
    String exchangeName = "itcast.fanout";
    // 消息
    String message = "hello, everyone!";
    rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "", message);
}

2.4.3 消息接收

在 consumer 服务的 SpringRabbitListener 中添加两个方法，作为消费者：

@RabbitListener(queues = "fanout.queue1")
public void listenFanoutQueue1(String msg) {
    System.out.println("消费者1接收到Fanout消息：【" + msg + "】");
}

@RabbitListener(queues = "fanout.queue2")
public void listenFanoutQueue2(String msg) {
    System.out.println("消费者2接收到Fanout消息：【" + msg + "】");
}

总结

交换机的作用是什么？

• 接收 publisher 发送的消息
• 将消息按照规则路由到与之绑定的队列
• 不能缓存消息，路由失败，消息丢失
• FanoutExchange 的会将消息路由到每个绑定的队列

声明队列、交换机、绑定关系的 Bean 是什么？

• Queue
• FanoutExchange
• Binding

2.5 Direct 型交换机

Direct Exchange 会将接收到的消息根据规则路由到指定的 Queue，因此称为路由模式（routes）。

• 每一个 Queue 都与 Exchange 设置一个 BindingKey
• 发布者发送消息时，指定消息的 RoutingKey
• Exchange 将消息路由到 BindingKey 与消息 RoutingKey 一致的队列

案例需求：

1. 利用 @RabbitListener 声明 Exchange、Queue、RoutingKey

2. 在 consumer 服务中，编写两个消费者方法，分别监听 direct.queue1 和 direct.queue2

3. 在 publisher 中编写测试方法，向 direct-exchange 发送消息

2.5.1 基于注解声明队列和交换机

基于 @Bean 的方式声明队列和交换机比较麻烦，Spring 还提供了基于注解方式来声明，即 @RabbitListener。

在 consumer 的 SpringRabbitListener 中添加两个消费者，同时基于注解来声明队列和交换机：

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "direct.queue1"),
    exchange = @Exchange(name = "itcast.direct", type = ExchangeTypes.DIRECT),
    key = {"red", "blue"}
))
public void listenDirectQueue1(String msg){
    System.out.println("消费者接收到direct.queue1的消息：【" + msg + "】");
}

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "direct.queue2"),
    exchange = @Exchange(name = "itcast.direct", type = ExchangeTypes.DIRECT),
    key = {"red", "yellow"}
))
public void listenDirectQueue2(String msg){
    System.out.println("消费者接收到direct.queue2的消息：【" + msg + "】");
}

• 代码看起来很复杂，但在实际编写时每一步都有 IDE 的提示，所以并不会很难。

2.5.2 消息发送

在 publisher 服务的测试类中添加测试方法：

@Test
public void testSendDirectExchange() {
    // 交换机名称
    String exchangeName = "itcast.direct";
    // 消息
    String message = "红色警报！日本乱排核废水，导致海洋生物变异，惊现哥斯拉！";
    // 发送消息
    rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "red", message);
}

2.6 Topic 型交换机

Topic Exchange 与 Direct Exchange 类似，区别在于 routing key 必须是多个单词的列表，并且以 . 分割。

Queue 与 Exchange 指定 Binding Key 时可以使用通配符：

• #：代表 0 或多个单词
• *：代指一个单词

解释：

• Queue1：绑定的是china.# ，因此凡是以 china.开头的routing key 都会被匹配到。包括 china.news 和 china.weather
• Queue2：绑定的是#.news ，因此凡是以 .news结尾的 routing key 都会被匹配。包括 china.news 和 japan.news

2.6.1 消息发送

在 publisher 服务的测试类中添加测试方法：

/**
  * topicExchange
  */
@Test
public void testSendTopicExchange() {
    // 交换机名称
    String exchangeName = "itcast.topic";
    // 消息
    String message = "喜报！孙悟空大战哥斯拉，胜!";
    // 发送消息
    rabbitTemplate.convertAndSend(exchangeName, "china.news", message);
}

2.6.2 消息接收

在 consumer 服务的 SpringRabbitListener 中添加方法：

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "topic.queue1"),
    exchange = @Exchange(name = "itcast.topic", type = ExchangeTypes.TOPIC),
    key = "china.#"
))
public void listenTopicQueue1(String msg){
    System.out.println("消费者接收到topic.queue1的消息：【" + msg + "】");
}

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "topic.queue2"),
    exchange = @Exchange(name = "itcast.topic", type = ExchangeTypes.TOPIC),
    key = "#.news"
))
public void listenTopicQueue2(String msg){
    System.out.println("消费者接收到topic.queue2的消息：【" + msg + "】");
}

总结

描述下 Direct 交换机与 Topic 交换机的差异？

• Topic交换机接收的消息 routing key 必须是多个单词，以 **.** 分割
• Topic 交换机与队列绑定时的 binding key 可以指定通配符
• #：代表0个或多个词
• *：代表1个词

2.7 消息转换器

Spring 会把你发送的消息序列化为字节发送给 MQ，接收消息的时候，还会把字节反序列化为 Java 对象。

只不过，默认情况下 Spring 采用的序列化方式是 JDK 序列化。众所周知，JDK 序列化存在下列问题：数据体积过大、有安全漏洞、可读性差。

2.7.1 测试默认转换器

我们修改消息发送的代码，发送一个 Map 对象：

@Test
public void testSendMap() throws InterruptedException {
    // 准备消息
    Map<String,Object> msg = new HashMap<>();
    msg.put("name", "Jack");
    msg.put("age", 21);
    // 发送消息
    rabbitTemplate.convertAndSend("simple.queue","", msg);
}

停止 consumer 服务，发送消息后查看控制台：

2.7.2 配置 JSON 转换器

显然，JDK 序列化方式并不合适。我们希望消息体的体积更小、可读性更高，因此可以使用 JSON 方式来做序列化和反序列化。

Spring的对消息对象的处理是由 org.springframework.amqp.support.converter.MessageConverter来 处理的。而默认实现是 SimpleMessageConverter，基于JDK的ObjectOutputStream 完成序列化。如果要修改只需要定义一个 MessageConverter 类型的 Bean 即可。

在 publisher 和 consumer 两个服务中都引入依赖：

<dependency>
    <groupId>com.fasterxml.jackson.dataformat</groupId>
    <artifactId>jackson-dataformat-xml</artifactId>
    <version>2.9.10</version>
</dependency>

配置消息转换器，在启动类中加一个 Bean 即可：

@Bean
public MessageConverter jsonMessageConverter(){
    return new Jackson2JsonMessageConverter();
}