大型网站架构系列——分布式消息队列

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• 消息队列概述
• 消息队列使用场景

一、消息队列概述：

消息队列中间件是分布式系统中重要的组件，主要解决 应用耦合，异步消息，流量削锋 等问题。实现高性能，高可用，可伸缩和最终一致性架构。是大型分布式系统不可缺乏的中间件。

目前在生产环境，使用较多的消息队列有ActiveMQ，RabbitMQ，ZeroMQ，Kafka，MetaMQ，RocketMQ等。

二、消息队列使用场景：

2.1 异步处理

如下介绍消息队列在实际应用中经常使用的使用场景。异步处理，应用解耦，流量削锋和消息通信四个场景。

场景说明：用户注册后，须要发注册邮件和注册短信。传统的作法有两种1.串行的方式；2.并行方式。

（1）串行方式：将注册信息写入数据库成功后，发送注册邮件，再发送注册短信。以上三个任务所有完成后，返回给客户端。 

          

（2）并行方式：将注册信息写入数据库成功后，发送注册邮件的同时，发送注册短信。以上三个任务完成后，返回给客户端。与串行的差异是，并行的方式能够提升处理的时间。

         

假设三个业务节点每一个使用50毫秒钟，不考虑网络等其余开销，则串行方式的时间是150毫秒，并行的时间多是100毫秒。

由于CPU在单位时间内处理的请求数是必定的，假设CPU1秒内吞吐量是100次。则串行方式1秒内CPU可处理的请求量是7次（1000/150）。并行方式处理的请求量是10次（1000/100）。 

小结：如以上案例描述，传统的方式系统的性能（并发量，吞吐量，响应时间）会有瓶颈。如何解决这个问题呢？

引入消息队列，将不是必须的业务逻辑，异步处理。改造后的架构以下：

     

按照以上约定，用户的响应时间至关因而注册信息写入数据库的时间，也就是50毫秒。注册邮件，发送短信写入消息队列后，直接返回，所以写入消息队列的速度很快，基本能够忽略，所以用户的响应时间多是50毫秒。所以架构改变后，系统的吞吐量提升到每秒20 QPS。比串行提升了3倍，比并行提升了两倍。

 

2.2应用解耦

场景说明：用户下单后，订单系统须要通知库存系统。传统的作法是，订单系统调用库存系统的接口。 

         

传统模式的缺点：

1）  假如库存系统没法访问，则订单减库存将失败，从而致使订单失败；

2）  订单系统与库存系统耦合；

如何解决以上问题呢？引入应用消息队列后的方案

        

• 订单系统：用户下单后，订单系统完成持久化处理，将消息写入消息队列，返回用户订单下单成功。
• 库存系统：订阅下单的消息，采用拉/推的方式，获取下单信息，库存系统根据下单信息，进行库存操做。
• 假如：在下单时库存系统不能正常使用。也不影响正常下单，由于下单后，订单系统写入消息队列就再也不关心其余的后续操做了。实现订单系统与库存系统的应用解耦。

2.3流量削锋

流量削锋也是消息队列中的经常使用场景，通常在秒杀或团抢活动中使用普遍。

应用场景：秒杀活动，通常会由于流量过大，致使流量暴增，应用挂掉。为解决这个问题，通常须要在应用前端加入消息队列。

1. 能够控制活动的人数；
2. 能够缓解短期内高流量压垮应用；

        

1. 用户的请求，服务器接收后，首先写入消息队列。假如消息队列长度超过最大数量，则直接抛弃用户请求或跳转到错误页面；
2. 秒杀业务根据消息队列中的请求信息，再作后续处理。

2.4日志处理

日志处理是指将消息队列用在日志处理中，好比Kafka的应用，解决大量日志传输的问题。架构简化以下：

         

• 日志采集客户端，负责日志数据采集，定时写受写入Kafka队列；
• Kafka消息队列，负责日志数据的接收，存储和转发；
• 日志处理应用：订阅并消费kafka队列中的日志数据；

如下是新浪kafka日志处理应用案例：

 

 

(1)Kafka：接收用户日志的消息队列。

(2)Logstash：作日志解析，统一成JSON输出给Elasticsearch。

(3)Elasticsearch：实时日志分析服务的核心技术，一个schemaless，实时的数据存储服务，经过index组织数据，兼具强大的搜索和统计功能。

(4)Kibana：基于Elasticsearch的数据可视化组件，超强的数据可视化能力是众多公司选择ELK stack的重要缘由。

 

2.5消息通信 

消息通信是指，消息队列通常都内置了高效的通讯机制，所以也能够用在纯的消息通信。好比实现点对点消息队列，或者聊天室等。

点对点通信：

     

客户端A和客户端B使用同一队列，进行消息通信。

聊天室通信：

 

客户端A，客户端B，客户端N订阅同一主题，进行消息发布和接收。实现相似聊天室效果。

以上实际是消息队列的两种消息模式，点对点或发布订阅模式。模型为示意图，供参考。