什么是消息队列,优缺点

文章介绍了消息队列的基本概念、工作原理,强调其在异步、削峰和解耦中的作用。还对比了传统串行设计与并行处理优化,以及消息队列在高并发和高可用性方面的提升。最后讨论了消息队列的优缺点,以及Kafka和RocketMQ在互联网行业的广泛应用。

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什么是消息队列

定义

消息队列:一般我们会简称它为MQ(Message Queue)。 Message Query(MQ),消息队列中间件,很多初学者认为,MQ通过消息的发送和接受来实现程序的异步和解耦,mq主要用于异步操作,这个不是mq的真正目的,只不过是mq的应用,mq真正的目的是为了通讯。 他屏蔽了复杂的通讯协议,像常用的dubbo,http协议都是同步的。 这两种协议很难实现双端通讯,A调用B,B也可以主动调用A,而且不支持长连接。mq做的就是在这些协议上构建一个简单协议——生产者、消费者模型,mq带给我们的不是底层的通讯协议,而是更高层次的通讯模型。他定义了两个对象:发送数据的叫做生产者,接受消息的叫做消费者,我们可以无视底层的通讯协议,我们可以自己定义生产者消费者。

什么是队列。

队列是一种先进先出的数据结构(线性结构)。和他相似的还有栈(先进后出)。

补充:使用队列的还有一个场景就是线程池队列:有界队列和无界队列。用来存储任务。

使用场景:

消息队列的三个最主要的作用是:异步、削峰、解耦,一定要烂熟于心。

传统设计

先看看传统的设计(如果说业务体量小,并发不大,可以使用这种设计)

观察一下上面的设计,属于典型的串行化调用,这种设计模式有一个很大的优势,就是代码简单,出现问题很容易定位到问题。但是也有很多劣势,下面咱们从三高(高并发,高性能,高可用)三个方面去评审一下这个设计。

三高分析

高可用:这些服务假如有一个服务挂掉(宕机或者网络波动),就意味着我这个请求失败了,这样用户体验会极差,用户会频繁看到支付失败。

高并发:因为这些操作都是由一个线程(主线程)去执行这些操作,所以当我们的QPS如果很高的话,很容易造成超时。

QPS:系统每秒钟收到的请求。

高性能:因为上面这种设计模式是串行的,假设我的每次网络传输耗时200ms,业务处理需要20ms,完成上面那些操作需要耗时2s,这样用户体验也会很差(想象一下每次下单都需要等2s),如果用户下单后的操作越来越多,耗时只会越来越高。

所以在一个大型的互联网项目中,以上设计是完全不可取的(非核心模块除外)。

并行处理调优

既然上面说的是串行模块,那么我们用自己的线程池把他改为并行的设计,再看评审一下。

所谓的并行设计就是原来由一个线程去串行做的逻辑,改为多个线程并行去做。

高可用:这些服务假如有一个服务挂掉(宕机或者网络波动),理论上讲,如果补偿服务做的出色的话,还是满足高可用的。(可以用try,catch)

高并发:相比上面的设计,系统的吞吐量可以达到了很大程度上的提升。

高性能:相比上面的设计,因为很多业务是并行执行的,所以相当于只有200*2+20,就可以返回。

上面这个设计看起来还是不错的设计,所以在很多这种串行调用,多次io的时候,我们就可以采用这种方案,上面这种设计也是多线程的一种实战应用。

缺点

下面来分析一下弊端:

1.系统的可扩展性太差了。上面只是列举了4步,但是实际上会有几十步,这几十步放到代码里就会像屎堆一样,可维护性极差。每次加一个步骤,都要多调一个接口,然后重新发布一下服务。

2,系统的耦合性太高了。想象一下,几十个http调用放到一起并发执行,很有可能会影响其他的点,尤其是淘宝京东这种秒杀敏感的业务,和钱挂钩的业务,很容易出现p0级别的bug。

3,使用的业务本身的线程池,在并发很多的情况下,容易造成cpu的竞争。

于是就有了进一步演化。

多线程处理

三种方案:

1,主线程交给线程池里的线程去执行时,主线程等待,等我所有任务,执行完之后,主线程再去接着执行(查询做聚合的时候)

2,主线程交给线程池去处理,就不管了(我要删除或修改一个东西,需要耗时2s)

3,主线程交给线程池去处理,主线程继续去执行其他的任务,等线程池里的任务执行完之后,去通知主线程,主线程在接着去执行后续的逻辑。

消息队列

咱们从继续从三高的层面去审视一下这个设计:

高可用:当我系统里的一个模块宕机了,不会影响到我其他服务。(可以通过数据补偿或者分布式事务来保证数据最终一致性)

高性能:用户下单,将下单所需要的数据都放到消息队列里,就直接返回了,所有耗时相当于就是网络传输所耗时。

高并发:由于消息队列不处理任何业务上的逻辑,所有他支持的并发是百万级别的。假如有100万个用户下单,100万的数据放到消息队列里,连接消息队列的服务慢慢消费即可,也不至于造成瞬间有百万请求进来,将我的服务压垮。

消息队列的一些术语:

producer

消息生产(发布)者

consumer

消息消费(订阅)者

三大优点:

解耦:就像高可用里面说的一样,发淘金币服务挂了,关下单什么关系,发淘金币服务挂了,我还是可以正常下单,只不过后期可以数据补偿或者分布式事务去解决这个问题。

削峰:比如说我平时服务就只能支撑几万的qps,像淘宝京东那种秒杀,那时候服务突然打进来(如果采用第二种方案)那服务就会直接被压死了。但是如果采用消息队列,这秒杀进来的所有的请求都不会直接打到具体服务上,都会先打到消息队列里,然后我后面的服务再慢慢消费。

可以看看淘宝京东双11秒杀的时候,是不是有的时候慢是慢了点,但是服务起码没挂。等我秒杀结束之后,服务还能正常运转。

消息队列就像是一个三峡大坝,用来拦截上游给的压力。

异步:连接消息队列的服务可以异步去执行。而且每次多增加一个步骤,我下单的代码是不需要动的,只需要再增加一个消费者即可。

消息队列也并不是全是优点,也有一些缺点。

缺点

1,增加了系统复杂性。

所以说如果说你的业务量不大,并发也不高,就没必要使用消息队列。

2,事务问题。

事务问题其实是分布式系统肯定会存在的一个问题,只不过消息队列更严重一些。一般解决方案有两种,第一种就是采用分布式事务,这个下单的里涉及的所有服务放到一个事务里面,要么都成功,要么都失败。第二种就是,消费者做好合理的数据补偿措施,比如说,消息重试,人工刷数据等等。

3,可用性

刚才讲了解耦,其实是系统的各个模块之间的解耦,但是这些模块都和消息队列关联,万一消息队列挂了,就真的下不了单了。为了保证可用性,我们可以采用消息队列集群,前端流量限流等,后面会介绍。

几种常见的消息队列

其中kafka和rocketmq现在在互联网大厂使用最广泛,因为吞吐量大。

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