RabbitMQ集群原理与部署

本文详细介绍了如何通过搭建RabbitMQ集群实现高可用性,探讨了集群架构、元数据管理、队列和交换器的工作原理,以及内存节点与磁盘节点的区别。同时,提供了启动RabbitMQ的Docker命令。

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在项目中想要 RabbitMQ 变得更加健壮,就要使得其变成高可用,所以我们要搭建一个 RabbitMQ 集群,这样你可以从任何一台 RabbitMQ 故障中得以幸免,并且应用程序能够持续运行而不会发生阻塞。而 RabbitMQ 本身是基于 Erlang 编写的,Erlang 天生支持分布式(通过同步 Erlang 集群各节点的 cookie 来实现),因此不需要像 ActiveMQ、Kafka 那样通过 ZooKeeper 分别来实现 HA 方案和保存集群的元数据。

集群架构

元数据

RabbitMQ 内部有各种基础构件,包括队列、交换器、绑定、虚拟主机等,他们组成了 AMQP 协议消息通信的基础,而这些构件以元数据的形式存在,它始终记录在 RabbitMQ 内部,它们分别是:

  • 队列元数据:队列名称和它们的属性
  • 交换器元数据:交换器名称、类型和属性
  • 绑定元数据:一张简单的表格展示了如何将消息路由到队列
  • vhost元数据:为 vhost 内的队列、交换器和绑定提供命名空间和安全属性

在单一节点上,RabbitMQ 会将上述元数据存储到内存上,如果是磁盘节点(下面会讲),还会存储到磁盘上。

集群中的队列

这里有个问题需要思考,RabbitMQ 默认会将消息冗余到所有节点上吗?这样听起来正符合高可用的特性,只要集群上还有一个节点存活,那么就可以继续进行消息通信,但这也随之为 RabbitMQ 带来了致命的缺点:

  1. 每次发布消息,都要把它扩散到所有节点上,而且对于磁盘节点来说,每一条消息都会触发磁盘活动,这会导致整个集群内性能负载急剧拉升。

  2. 如果每个节点都有所有队列的完整内容,那么添加节点不会给你带来额外的存储空间,也会带来木桶效应,举个例子,如果集群内有个节点存储了 3G
    队列内容,那么在另外一个只有 1G 存储空间的节点上,就会造成内存空间不足的情况,也就是无法通过集群节点的扩容提高消息积压能力。

解决这个问题就是通过集群中唯一节点来负责任何特定队列,只有该节点才会受队列大小的影响,其它节点如果接收到该队列消息,那么就要根据元数据信息,传递给队列所有者节点(也就是说其它节点上只存储了特定队列所有者节点的指针)。这样一来,就可以通过在集群内增加节点,存储更多的队列数据。

分布交换器

交换器其实是我们想象出来的,它本质是一张查询表,里面包括了交换器名称和一个队列的绑定列表,当你将消息发布到交换器中,实际上是你所在的信道将消息上的路由键与交换器的绑定列表进行匹配,然后将消息路由出去。有了这个机制,那么在所有节点上传递交换器消息将简单很多,而 RabbitMQ 所做的事情就是把交换器拷贝到所有节点上,因此每个节点上的每条信道都可以访问完整的交换器了。
在这里插入图片描述
内存节点与磁盘节点

关于上面队列所说的问题与解决办法,又有了一个伴随而来的问题出现:如果特定队列的所有者节点发生了故障,那么该节点上的队列和关联的绑定都会消失吗?

  1. 如果是内存节点,那么附加在该节点上的队列和其关联的绑定都会丢失,并且消费者可以重新连接集群并重新创建队列;
  2. 如果是磁盘节点,重新恢复故障后,该队列又可以进行传输数据了,并且在恢复故障磁盘节点之前,不能在其它节点上让消费者重新连到集群并重新创建队列,如果消费者继续在其它节点上声明该队列,会得到一个
    404 NOT_FOUND
    错误,这样确保了当故障节点恢复后加入集群,该节点上的队列消息不回丢失,也避免了队列会在一个节点以上出现冗余的问题。

接下来说说内存节点与磁盘节点在集群中的作用,在集群中的每个节点,要么是内存节点,要么是磁盘节点,如果是内存节点,会将所有的元数据信息仅存储到内存中,而磁盘节点则不仅会将所有元数据存储到内存上, 还会将其持久化到磁盘。

在单节点 RabbitMQ 上,仅允许该节点是磁盘节点,这样确保了节点发生故障或重启节点之后,所有关于系统的配置与元数据信息都会重磁盘上恢复;而在 RabbitMQ 集群上,允许节点上至少有一个磁盘节点,在内存节点上,意味着队列和交换器声明之类的操作会更加快速。原因是这些操作会将其元数据同步到所有节点上,对于内存节点,将需要同步的元数据写进内存就行了,但对于磁盘节点,意味着还需要及其消耗性能的磁盘写入操作。

RabbitMQ 集群只要求至少有一个磁盘节点,这是有道理的,当其它内存节点发生故障或离开集群,只需要通知至少一个磁盘节点进行元数据的更新,如果是碰巧唯一的磁盘节点也发生故障了,集群可以继续路由消息,但是不可以做以下操作了:

  • 创建队列

  • 创建交换器

  • 创建绑定

  • 添加用户

  • 更改权限

  • 添加或删除集群节点

这是因为上述操作都需要持久化到磁盘节点上,以便内存节点恢复故障可以从磁盘节点上恢复元数据,解决办法是在集群添加 2 台以上的磁盘节点,这样其中一台发生故障了,集群仍然可以保持运行,且能够在任何时候保存元数据变更。

集群部署

启动Rabbitmq

docker run -d --hostname localhost --name myrabbit -p 15672:15672 -p 5672:5672 rabbitmq:3.6.15-management

参数说明:

  • -d 后台进程运行
  • hostname RabbitMQ主机名称
  • name 容器名称
  • -p port:port 本地端口:容器端口
  • -p 15672:15672 http访问端口
  • -p 5672:5672 amqp访问端口

启动完成之后,使用:docker ps 查看程序运行情况。

使用:http://宿主ip:15672 访问,用户名密码使用默认:guest/guest.(注意:镜像带management的才能进入界面

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