大型網站架構系列：分布式消息隊列（一）

以下是消息隊列以下的大綱，本文主要介紹消息隊列概述和消息隊列應用場景。

本次分享大綱

1. 消息隊列概述
2. 消息隊列應用場景
3. JMS消息服務
4. 常用消息隊列
5. 消息中間件示例
6. 參考（推薦）資料
7. 本次分享總結

一、消息隊列概述

消息隊列中間件是分布式系統中重要的組件，主要解決應用耦合，異步消息，流量削鋒等問題。實現高性能，高可用，可伸縮和最終一致性架構。是大型分布式系統不可缺少的中間件。

目前在生產環境，使用較多的消息隊列有ActiveMQ，RabbitMQ，ZeroMQ，Kafka，MetaMQ，RocketMQ等。

二、消息隊列應用場景

以下介紹消息隊列在實際應用中常用的使用場景。異步處理，應用解耦，流量削鋒和消息通訊四個場景。

2.1異步處理

場景說明：用戶注冊后，需要發注冊郵件和注冊短信。傳統的做法有兩種1.串行的方式；2.并行方式。

（1）串行方式：將注冊信息寫入數據庫成功后，發送注冊郵件，再發送注冊短信。以上三個任務全部完成后，返回給客戶端。

（2）并行方式：將注冊信息寫入數據庫成功后，發送注冊郵件的同時，發送注冊短信。以上三個任務完成后，返回給客戶端。與串行的差別是，并行的方式可以提高處理的時間。

假設三個業務節點每個使用50毫秒鐘，不考慮網絡等其他開銷，則串行方式的時間是150毫秒，并行的時間可能是100毫秒。

因為CPU在單位時間內處理的請求數是一定的，假設CPU1秒內吞吐量是100次。則串行方式1秒內CPU可處理的請求量是7次（1000/150）。并行方式處理的請求量是10次（1000/100）。

小結：如以上案例描述，傳統的方式系統的性能（并發量，吞吐量，響應時間）會有瓶頸。如何解決這個問題呢？

引入消息隊列，將不是必須的業務邏輯，異步處理。改造后的架構如下：

按照以上約定，用戶的響應時間相當于是注冊信息寫入數據庫的時間，也就是50毫秒。注冊郵件，發送短信寫入消息隊列后，直接返回，因此寫入消息隊列的速度很快，基本可以忽略，因此用戶的響應時間可能是50毫秒。因此架構改變后，系統的吞吐量提高到每秒20 QPS。比串行提高了3倍，比并行提高了兩倍。

2.2應用解耦

場景說明：用戶下單后，訂單系統需要通知庫存系統。傳統的做法是，訂單系統調用庫存系統的接口。如下圖：

傳統模式的缺點：

1）  假如庫存系統無法訪問，則訂單減庫存將失敗，從而導致訂單失敗；

2）  訂單系統與庫存系統耦合；

如何解決以上問題呢？引入應用消息隊列后的方案，如下圖：

• 訂單系統：用戶下單后，訂單系統完成持久化處理，將消息寫入消息隊列，返回用戶訂單下單成功。
• 庫存系統：訂閱下單的消息，采用拉/推的方式，獲取下單信息，庫存系統根據下單信息，進行庫存操作。
• 假如：在下單時庫存系統不能正常使用。也不影響正常下單，因為下單后，訂單系統寫入消息隊列就不再關心其他的后續操作了。實現訂單系統與庫存系統的應用解耦。

2.3流量削鋒

流量削鋒也是消息隊列中的常用場景，一般在秒殺或團搶活動中使用廣泛。

應用場景：秒殺活動，一般會因為流量過大，導致流量暴增，應用掛掉。為解決這個問題，一般需要在應用前端加入消息隊列。

1. 可以控制活動的人數；
2. 可以緩解短時間內高流量壓垮應用；

1. 用戶的請求，服務器接收后，首先寫入消息隊列。假如消息隊列長度超過最大數量，則直接拋棄用戶請求或跳轉到錯誤頁面；
2. 秒殺業務根據消息隊列中的請求信息，再做后續處理。

2.4日志處理

日志處理是指將消息隊列用在日志處理中，比如Kafka的應用，解決大量日志傳輸的問題。架構簡化如下：

• 日志采集客戶端，負責日志數據采集，定時寫受寫入Kafka隊列；
• Kafka消息隊列，負責日志數據的接收，存儲和轉發；
• 日志處理應用：訂閱并消費kafka隊列中的日志數據；

以下是新浪kafka日志處理應用案例：

轉自（http://cloud.51cto.com/art/201507/484338.htm）

(1)Kafka：接收用戶日志的消息隊列。

(2)Logstash：做日志解析，統一成JSON輸出給Elasticsearch。

(3)Elasticsearch：實時日志分析服務的核心技術，一個schemaless，實時的數據存儲服務，通過index組織數據，兼具強大的搜索和統計功能。

(4)Kibana：基于Elasticsearch的數據可視化組件，超強的數據可視化能力是眾多公司選擇ELK stack的重要原因。

2.5消息通訊

消息通訊是指，消息隊列一般都內置了高效的通信機制，因此也可以用在純的消息通訊。比如實現點對點消息隊列，或者聊天室等。

點對點通訊：

客戶端A和客戶端B使用同一隊列，進行消息通訊。

聊天室通訊：

客戶端A，客戶端B，客戶端N訂閱同一主題，進行消息發布和接收。實現類似聊天室效果。

以上實際是消息隊列的兩種消息模式，點對點或發布訂閱模式。模型為示意圖，供參考。