RabbitMQ基础,2024年最新阿里大数据开发面试题

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目比较常见的MQ实现:

  • ActiveMQ
  • RabbitMQ
  • RocketMQ
  • Kafka

几种常见MQ的对比:

RabbitMQActiveMQRocketMQKafka
公司/社区RabbitApache阿里Apache
开发语言ErlangJavaJavaScala&Java
协议支持AMQP,XMPP,SMTP,STOMPOpenWire,STOMP,REST,XMPP,AMQP自定义协议自定义协议
可用性一般
单机吞吐量一般非常高
消息延迟微秒级毫秒级毫秒级毫秒以内
消息可靠性一般一般

追求可用性:Kafka、 RocketMQ 、RabbitMQ

追求可靠性:RabbitMQ、RocketMQ

追求吞吐能力:RocketMQ、Kafka

追求消息低延迟:RabbitMQ、Kafka

据统计,目前国内消息队列使用最多的还是RabbitMQ,再加上其各方面都比较均衡,稳定性也好,因此选择RabbitMQ来学习。

2.RabbitMQ

RabbitMQ对应的架构如图:

其中包含几个概念:

  • publisher:生产者,也就是发送消息的一方
  • consumer:消费者,也就是消费消息的一方
  • queue:队列,存储消息。生产者投递的消息会暂存在消息队列中,等待消费者处理
  • exchange:交换机,是负责消息路由 (可以路由给一个队列,也可以路由给所有队列,取决于交换机配置),没有存储消息的能力。生产者发送的消息由交换机决定投递到哪个队列。
  • virtual host:虚拟主机,起到数据隔离的作用。每个虚拟主机相互独立,有各自的exchange、queue

2.1.收发消息

2.1.1.交换机

我们打开Exchanges选项卡,可以看到已经存在很多交换机:

我们点击任意交换机,即可进入交换机详情页面。仍然会利用控制台中的publish message 发送一条消息:

这里是由控制台模拟了生产者发送的消息。由于没有消费者存在,最终消息丢失了,这样说明交换机没有存储消息的能力。

2.1.2.队列

我们打开Queues选项卡,新建一个队列:

命名为hello.queue1

再以相同的方式,创建一个队列,密码为hello.queue2,最终队列列表如下:

此时,我们再次向amq.fanout交换机发送一条消息。会发现消息依然没有到达队列!!

怎么回事呢?

发送到交换机的消息,只会路由到与其绑定的队列,因此仅仅创建队列是不够的,我们还需要将其与交换机绑定。

2.1.3.绑定关系

点击Exchanges选项卡,点击amq.fanout交换机,进入交换机详情页,然后点击Bindings菜单,在表单中填写要绑定的队列名称:

相同的方式,将hello.queue2也绑定到改交换机。

最终,绑定结果如下:

2.1.4.发送消息

再次回到exchange页面,找到刚刚绑定的amq.fanout,点击进入详情页,再次发送一条消息:

回到Queues页面,可以发现hello.queue中已经有一条消息了:

点击队列名称,进入详情页,查看队列详情,这次我们点击get message:

可以看到消息到达队列了:

这个时候如果有消费者监听了MQ的hello.queue1hello.queue2队列,自然就能接收到消息了。

3.SpringAMQP

将来我们开发业务功能的时候,肯定不会在控制台收发消息,而是应该基于编程的方式。由于RabbitMQ采用了AMQP协议,因此它具备跨语言的特性。任何语言只要遵循AMQP协议收发消息,都可以与RabbitMQ交互。并且RabbitMQ官方也提供了各种不同语言的客户端。

但是,RabbitMQ官方提供的Java客户端编码相对复杂,一般生产环境下我们更多会结合Spring来使用。而Spring的官方刚好基于RabbitMQ提供了这样一套消息收发的模板工具:SpringAMQP。并且还基于SpringBoot对其实现了自动装配,使用起来非常方便。

SpringAmqp的官方地址:

spring.io/projects/sp…

SpringAMQP提供了三个功能:

  • 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,用于发送消息

3.1WorkQueues模型

Work 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

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。这就是消息堆积问题。

当我们碰到消息堆积问题时,我们应该加快消费者的消息处理速度,那怎么加快消息处理速度呢?我们可以加多个消费者!

此时就可以使用work 模型,多个消费者共同处理消息处理,消息处理的速度就能大大提高了。

注:每个消息只能被一个消费者处理。

3.1.1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 = "work.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 = "work.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);
}

注意到这两消费者,都设置了Thead.sleep,模拟任务耗时:

  • 消费者1 sleep了20毫秒,相当于每秒钟处理50个消息
  • 消费者2 sleep了200毫秒,相当于每秒处理5个消息

3.1.2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。

最终结果如下:

消费者1接收到消息:【hello, message_0】21:06:00.869555300
消费者2........接收到消息:【hello, message_1】21:06:00.884518
消费者1接收到消息:【hello, message_2】21:06:00.907454400
消费者1接收到消息:【hello, message_4】21:06:00.953332100
消费者1接收到消息:【hello, message_6】21:06:00.997867300
消费者1接收到消息:【hello, message_8】21:06:01.042178700
消费者2........接收到消息:【hello, message_3】21:06:01.086478800
消费者1接收到消息:【hello, message_10】21:06:01.087476600
消费者1接收到消息:【hello, message_12】21:06:01.132578300
消费者1接收到消息:【hello, message_14】21:06:01.175851200
消费者1接收到消息:【hello, message_16】21:06:01.218533400
消费者1接收到消息:【hello, message_18】21:06:01.261322900
消费者2........接收到消息:【hello, message_5】21:06:01.287003700
消费者1接收到消息:【hello, message_20】21:06:01.304412400
消费者1接收到消息:【hello, message_22】21:06:01.349950100
消费者1接收到消息:【hello, message_24】21:06:01.394533900
消费者1接收到消息:【hello, message_26】21:06:01.439876500
消费者1接收到消息:【hello, message_28】21:06:01.482937800
消费者2........接收到消息:【hello, message_7】21:06:01.488977100
消费者1接收到消息:【hello, message_30】21:06:01.526409300
消费者1接收到消息:【hello, message_32】21:06:01.572148
消费者1接收到消息:【hello, message_34】21:06:01.618264800
消费者1接收到消息:【hello, message_36】21:06:01.660780600
消费者2........接收到消息:【hello, message_9】21:06:01.689189300
消费者1接收到消息:【hello, message_38】21:06:01.705261
消费者1接收到消息:【hello, message_40】21:06:01.746927300
消费者1接收到消息:【hello, message_42】21:06:01.789835
消费者1接收到消息:【hello, message_44】21:06:01.834393100
消费者1接收到消息:【hello, message_46】21:06:01.875312100
消费者2........接收到消息:【hello, message_11】21:06:01.889969500
消费者1接收到消息:【hello, message_48】21:06:01.920702500
消费者2........接收到消息:【hello, message_13】21:06:02.090725900
消费者2........接收到消息:【hello, message_15】21:06:02.293060600
消费者2........接收到消息:【hello, message_17】21:06:02.493748
消费者2........接收到消息:【hello, message_19】21:06:02.696635100
消费者2........接收到消息:【hello, message_21】21:06:02.896809700
消费者2........接收到消息:【hello, message_23】21:06:03.099533400
消费者2........接收到消息:【hello, message_25】21:06:03.301446400
消费者2........接收到消息:【hello, message_27】21:06:03.504999100
消费者2........接收到消息:【hello, message_29】21:06:03.705702500
消费者2........接收到消息:【hello, message_31】21:06:03.906601200
消费者2........接收到消息:【hello, message_33】21:06:04.108118500
消费者2........接收到消息:【hello, message_35】21:06:04.308945400
消费者2........接收到消息:【hello, message_37】21:06:04.511547700
消费者2........接收到消息:【hello, message_39】21:06:04.714038400
消费者2........接收到消息:【hello, message_41】21:06:04.916192700
消费者2........接收到消息:【hello, message_43】21:06:05.116286400
消费者2........接收到消息:【hello, message_45】21:06:05.318055100
消费者2........接收到消息:【hello, message_47】21:06:05.520656400
消费者2........接收到消息:【hello, message_49】21:06:05.723106700
可以看到消费者1和消费者2竟然每人消费了25条消息:
  • 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。导致1个消费者空闲,另一个消费者忙的不可开交。没有充分利用每一个消费者的能力,最终消息处理的耗时远远超过了1秒。这样显然是有问题的。

3.1.3.能者多劳

在spring中有一个简单的配置,可以解决这个问题。我们修改consumer服务的application.yml文件,添加配置:

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

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

再次测试,发现结果如下:

消费者1接收到消息:【hello, message_0】21:12:51.659664200
消费者2........接收到消息:【hello, message_1】21:12:51.680610
消费者1接收到消息:【hello, message_2】21:12:51.703625
消费者1接收到消息:【hello, message_3】21:12:51.724330100
消费者1接收到消息:【hello, message_4】21:12:51.746651100
消费者1接收到消息:【hello, message_5】21:12:51.768401400
消费者1接收到消息:【hello, message_6】21:12:51.790511400
消费者1接收到消息:【hello, message_7】21:12:51.812559800
消费者1接收到消息:【hello, message_8】21:12:51.834500600
消费者1接收到消息:【hello, message_9】21:12:51.857438800
消费者1接收到消息:【hello, message_10】21:12:51.880379600
消费者2........接收到消息:【hello, message_11】21:12:51.899327100
消费者1接收到消息:【hello, message_12】21:12:51.922828400
消费者1接收到消息:【hello, message_13】21:12:51.945617400
消费者1接收到消息:【hello, message_14】21:12:51.968942500
消费者1接收到消息:【hello, message_15】21:12:51.992215400
消费者1接收到消息:【hello, message_16】21:12:52.013325600
消费者1接收到消息:【hello, message_17】21:12:52.035687100
消费者1接收到消息:【hello, message_18】21:12:52.058188
消费者1接收到消息:【hello, message_19】21:12:52.081208400
消费者2........接收到消息:【hello, message_20】21:12:52.103406200
消费者1接收到消息:【hello, message_21】21:12:52.123827300
消费者1接收到消息:【hello, message_22】21:12:52.146165100
消费者1接收到消息:【hello, message_23】21:12:52.168828300
消费者1接收到消息:【hello, message_24】21:12:52.191769500
消费者1接收到消息:【hello, message_25】21:12:52.214839100
消费者1接收到消息:【hello, message_26】21:12:52.238998700
消费者1接收到消息:【hello, message_27】21:12:52.259772600
消费者1接收到消息:【hello, message_28】21:12:52.284131800
消费者2........接收到消息:【hello, message_29】21:12:52.306190600
消费者1接收到消息:【hello, message_30】21:12:52.325315800
消费者1接收到消息:【hello, message_31】21:12:52.347012500
消费者1接收到消息:【hello, message_32】21:12:52.368508600
消费者1接收到消息:【hello, message_33】21:12:52.391785100
消费者1接收到消息:【hello, message_34】21:12:52.416383800
消费者1接收到消息:【hello, message_35】21:12:52.439019
消费者1接收到消息:【hello, message_36】21:12:52.461733900
消费者1接收到消息:【hello, message_37】21:12:52.485990
消费者1接收到消息:【hello, message_38】21:12:52.509219900
消费者2........接收到消息:【hello, message_39】21:12:52.523683400
消费者1接收到消息:【hello, message_40】21:12:52.547412100
消费者1接收到消息:【hello, message_41】21:12:52.571191800
消费者1接收到消息:【hello, message_42】21:12:52.593024600
消费者1接收到消息:【hello, message_43】21:12:52.616731800
消费者1接收到消息:【hello, message_44】21:12:52.640317
消费者1接收到消息:【hello, message_45】21:12:52.663111100
消费者1接收到消息:【hello, message_46】21:12:52.686727
消费者1接收到消息:【hello, message_47】21:12:52.709266500
消费者2........接收到消息:【hello, message_48】21:12:52.725884900
消费者1接收到消息:【hello, message_49】21:12:52.746299900

可以发现,由于消费者1处理速度较快,所以处理了更多的消息;消费者2处理速度较慢,只处理了6条消息。而最终总的执行耗时也在1秒左右,大大提升。

正所谓能者多劳,这样充分利用了每一个消费者的处理能力,可以有效避免消息积压问题。

3.1.3.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

3.2.交换机类型

        举个栗子:一个支付功能,支付成功以后,我们要发消息出去,让多个微服务监听。订单服务要修改订单状态;通知服务要给用户发通知;积分服务要给用户加积分...  如果是直接发消息到队列,那么这个消息被一个人处理完就没了!相当于只有一个服务接收到了消息。

        因此引入了交换机!    

在之前的两个测试案例中,都没有交换机,生产者直接发送消息到队列。而一旦引入交换机,消息发送的模式会有很大变化:

可以看到,在订阅模型中,多了一个exchange角色,而且过程略有变化:

  • Publisher:生产者,不再发送消息到队列中,而是发给交换机
  • 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。
  • Queue:消息队列也与以前一样,接收消息、缓存消息。不过队列一定要与交换机绑定。
  • Consumer:消费者,与以前一样,订阅队列,没有变化

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!

交换机的类型有四种:

  • Fanout:广播,将消息交给所有绑定到交换机的队列。我们最早在控制台使用的正是Fanout交换机
  • Direct:订阅,基于RoutingKey(路由key)发送给订阅了消息的队列
  • Topic:通配符订阅,与Direct类似,只不过RoutingKey可以使用通配符
  • Headers:头匹配,基于MQ的消息头匹配,用的较少。

3.3.Fanout交换机

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
  • 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

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

3.4.Direct交换机

在Fanout模式中,一条消息,会被所有订阅的队列都消费。但是,在某些场景下,我们希望不同的消息被不同的队列消费。这时就要用到Direct类型的Exchange。

在Direct模型下:

  • 队列与交换机的绑定,不能是任意绑定了,而是要指定一个RoutingKey(路由key)
  • 消息的发送方在 向 Exchange发送消息时,也必须指定消息的 RoutingKey
  • Exchange不再把消息交给每一个绑定的队列,而是根据消息的Routing Key进行判断,只有队列的Routingkey与消息的 Routing key完全一致,才会接收到消息

Direct交换机与Fanout交换机的差异

  • Fanout交换机将消息路由给每一个与之绑定的队列
  • Direct交换机根据RoutingKey判断路由给哪个队列
  • 如果多个队列具有相同的RoutingKey,则与Fanout功能类似

3.5.Topic交换机

Topic类型的ExchangeDirect相比,都是可以根据RoutingKey把消息路由到不同的队列。

只不过Topic类型Exchange可以让队列在绑定BindingKey 的时候使用通配符!

BindingKey 一般都是有一个或多个单词组成,多个单词之间以.分割,例如: item.insert

通配符规则:

  • #:匹配一个或多个词
  • *:匹配不多不少恰好1个词

举例:

  • item.#:能够匹配item.spu.insert 或者 item.spu
  • item.*:只能匹配item.spu

图示:

假如此时publisher发送的消息使用的RoutingKey共有四种:

  • china.news 代表有中国的新闻消息;
  • china.weather 代表中国的天气消息;
  • japan.news 则代表日本新闻
  • japan.weather 代表日本的天气消息;

解释:

  • topic.queue1:绑定的是china.# ,凡是以 china.开头的routing key 都会被匹配到,包括:

    • china.news
    • china.weather
  • topic.queue2:绑定的是#.news ,凡是以 .news结尾的 routing key 都会被匹配。包括:

    • china.news
    • japan.news

Direct交换机与Topic交换机的差异?

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

3.6.基于注解声明

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。

例如,我们同样声明Direct模式的交换机和队列:

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "direct.queue1"),
    exchange = @Exchange(name = "hmall.direct", type = ExchangeTypes.DIRECT),
    key = {"red", "blue"}
))
public void listenDirectQueue1(String msg){
    System.out.println("消费者1接收到direct.queue1的消息:【" + msg + "】");
}

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "direct.queue2"),
    exchange = @Exchange(name = "hmall.direct", type = ExchangeTypes.DIRECT),
    key = {"red", "yellow"}
))
public void listenDirectQueue2(String msg){
    System.out.println("消费者2接收到direct.queue2的消息:【" + msg + "】");
}

打开RabbitMQ就能看到了

是不是简单多了。

再试试Topic模式:

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "topic.queue1"),
    exchange = @Exchange(name = "hmall.topic", type = ExchangeTypes.TOPIC),
    key = "china.#"
))
public void listenTopicQueue1(String msg){
    System.out.println("消费者1接收到topic.queue1的消息:【" + msg + "】");
}

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
    value = @Queue(name = "topic.queue2"),
    exchange = @Exchange(name = "hmall.topic", type = ExchangeTypes.TOPIC),
    key = "#.news"
))
public void listenTopicQueue2(String msg){
    System.out.println("消费者2接收到topic.queue2的消息:【" + msg + "】");
}

3.7.消息转换器

Spring的消息发送代码接收的消息体是一个Object:

而在数据传输时,它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

我们来测试一下。

3.7.1.测试默认转换器

1)创建测试队列

首先,我们在consumer服务中声明一个新的配置类:

利用@Bean的方式创建一个队列,

具体代码:

package com.itheima.consumer.config;

import org.springframework.amqp.core.Queue;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class MessageConfig {

    @Bean
    public Queue objectQueue() {
        return new Queue("object.queue");
    }
}

注意,这里我们先不要给这个队列添加消费者,我们要查看消息体的格式。

重启consumer服务以后,该队列就会被自动创建出来了:

2)发送消息

我们在publisher模块的SpringAmqpTest中新增一个消息发送的代码,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", "柳岩");
    msg.put("age", 21);
    // 发送消息
    rabbitTemplate.convertAndSend("object.queue", msg);
}

发送消息后查看控制台:

可以看到消息格式非常不友好。

3.7.2.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。

publisherconsumer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>

注意,如果项目中引入了spring-boot-starter-web依赖,则无需再次引入Jackson依赖。

配置消息转换器,在publisherconsumer两个服务的启动类中添加一个Bean即可:

@Bean
public MessageConverter messageConverter(){
    // 1.定义消息转换器
    Jackson2JsonMessageConverter jackson2JsonMessageConverter = new Jackson2JsonMessageConverter();
    // 2.配置自动创建消息id,用于识别不同消息,也可以在业务中基于ID判断是否是重复消息
    jackson2JsonMessageConverter.setCreateMessageIds(true);
    return jackson2JsonMessageConverter;
}

消息转换器中添加的messageId可以便于我们将来做幂等性判断。

此时,我们到MQ控制台删除object.queue中的旧的消息。然后再次执行刚才的消息发送的代码,到MQ的控制台查看消息结构:

3.7.3.消费者接收Object

我们在consumer服务中定义一个新的消费者,publisher是用Map发送,那么消费者也一定要用Map接收,格式如下:

@RabbitListener(queues = "object.queue")
public void listenSimpleQueueMessage(Map<String, Object> msg) throws InterruptedException {


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