Java并发编程原理与实战三十六：阻塞队列&消息队列

1、阻塞队列

一、阻塞队列BlockingQueue ----》能够理解成生产者消费者的模式----》消费者要等待到生产者生产出来产品。----》而非阻塞队列ConcurrentLinkedQueue是非阻塞的，因此它取出来的时候可能为空。

二、注意使用BlockingQueue接口的时候。

add方法和remove方法是会抛出异常的

put和take是阻塞的

Offer和Poll是有带返回值的

三、BlockingQueue的底层实现也是由wait,notifyAll,Condition来完成的。由JDK自带的方法，实现起来都是比较高级的。

四、在生产环境中，咱们经常使用到的有哪些DelayQueue（延时队列），LinkedBlockingQueue（链表阻塞队列），LinkedTransferQueue(无边界的链表阻塞队列)

 

2、消息队列

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

使用较多的消息队列有ActiveMQ，RabbitMQ，ZeroMQ，Kafka，MetaMQ，RocketMQ

二、消息队列应用场景

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

2.1异步处理

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。以下图

 

传统模式的缺点：

• 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

• 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，以下图：

 

• 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。

• 能够控制活动的人数

• 能够缓解短期内高流量压垮应用

 

• 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

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

 

(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。

3、消息中间件示例

3.1电商系统

 

消息队列采用高可用，可持久化的消息中间件。好比Active MQ，Rabbit MQ，Rocket Mq。

（1）应用将主干逻辑处理完成后，写入消息队列。消息发送是否成功能够开启消息的确认模式。（消息队列返回消息接收成功状态后，应用再返回，这样保障消息的完整性）

（2）扩展流程（发短信，配送处理）订阅队列消息。采用推或拉的方式获取消息并处理。

（3）消息将应用解耦的同时，带来了数据一致性问题，能够采用最终一致性方式解决。好比主数据写入数据库，扩展应用根据消息队列，并结合数据库方式实现基于消息队列的后续处理。

3.2日志收集系统

 

分为Zookeeper注册中心，日志收集客户端，Kafka集群和Storm集群（OtherApp）四部分组成。

• Zookeeper注册中心，提出负载均衡和地址查找服务

• 日志收集客户端，用于采集应用系统的日志，并将数据推送到kafka队列

• Kafka集群：接收，路由，存储，转发等消息处理

Storm集群：与OtherApp处于同一级别，采用拉的方式消费队列中的数据

4、JMS消息服务

讲消息队列就不得不提JMS 。JMS（Java Message Service,Java消息服务）API是一个消息服务的标准/规范，容许应用程序组件基于JavaEE平台建立、发送、接收和读取消息。它使分布式通讯耦合度更低，消息服务更加可靠以及异步性。

在EJB架构中，有消息bean能够无缝的与JM消息服务集成。在J2EE架构模式中，有消息服务者模式，用于实现消息与应用直接的解耦。

4.1消息模型

在JMS标准中，有两种消息模型P2P（Point to Point）,Publish/Subscribe(Pub/Sub)。

4.1.1 P2P模式

 

P2P模式包含三个角色：消息队列（Queue），发送者(Sender)，接收者(Receiver)。每一个消息都被发送到一个特定的队列，接收者从队列中获取消息。队列保留着消息，直到他们被消费或超时。

P2P的特色

• 每一个消息只有一个消费者（Consumer）(即一旦被消费，消息就再也不在消息队列中)

• 发送者和接收者之间在时间上没有依赖性，也就是说当发送者发送了消息以后，无论接收者有没有正在运行，它不会影响到消息被发送到队列

• 接收者在成功接收消息以后需向队列应答成功 

若是但愿发送的每一个消息都会被成功处理的话，那么须要P2P模式。（架构KKQ：466097527，欢迎加入）

4.1.2 Pub/sub模式

 

包含三个角色主题（Topic），发布者（Publisher），订阅者（Subscriber） 多个发布者将消息发送到Topic,系统将这些消息传递给多个订阅者。

Pub/Sub的特色

• 每一个消息能够有多个消费者

• 发布者和订阅者之间有时间上的依赖性。针对某个主题（Topic）的订阅者，它必须建立一个订阅者以后，才能消费发布者的消息

• 为了消费消息，订阅者必须保持运行的状态

为了缓和这样严格的时间相关性，JMS容许订阅者建立一个可持久化的订阅。这样，即便订阅者没有被激活（运行），它也能接收到发布者的消息。

若是但愿发送的消息能够不被作任何处理、或者只被一个消息者处理、或者能够被多个消费者处理的话，那么能够采用Pub/Sub模型。

4.2消息消费

在JMS中，消息的产生和消费都是异步的。对于消费来讲，JMS的消息者能够经过两种方式来消费消息。

（1）同步

订阅者或接收者经过receive方法来接收消息，receive方法在接收到消息以前（或超时以前）将一直阻塞；

（2）异步

订阅者或接收者能够注册为一个消息监听器。当消息到达以后，系统自动调用监听器的onMessage方法。

 

JNDI：Java命名和目录接口,是一种标准的Java命名系统接口。能够在网络上查找和访问服务。经过指定一个资源名称，该名称对应于数据库或命名服务中的一个记录，同时返回资源链接创建所必须的信息。

JNDI在JMS中起到查找和访问发送目标或消息来源的做用。

4.3JMS编程模型

(1) ConnectionFactory

建立Connection对象的工厂，针对两种不一样的jms消息模型，分别有QueueConnectionFactory和TopicConnectionFactory两种。能够经过JNDI来查找ConnectionFactory对象。

(2) Destination

Destination的意思是消息生产者的消息发送目标或者说消息消费者的消息来源。对于消息生产者来讲，它的Destination是某个队列（Queue）或某个主题（Topic）;对于消息消费者来讲，它的Destination也是某个队列或主题（即消息来源）。

因此，Destination实际上就是两种类型的对象：Queue、Topic能够经过JNDI来查找Destination。

(3) Connection

Connection表示在客户端和JMS系统之间创建的连接（对TCP/IP socket的包装）。Connection能够产生一个或多个Session。跟ConnectionFactory同样，Connection也有两种类型：QueueConnection和TopicConnection。

(4) Session

Session是操做消息的接口。能够经过session建立生产者、消费者、消息等。Session提供了事务的功能。当须要使用session发送/接收多个消息时，能够将这些发送/接收动做放到一个事务中。一样，也分QueueSession和TopicSession。

(5) 消息的生产者

消息生产者由Session建立，并用于将消息发送到Destination。一样，消息生产者分两种类型：QueueSender和TopicPublisher。能够调用消息生产者的方法（send或publish方法）发送消息。

(6) 消息消费者

消息消费者由Session建立，用于接收被发送到Destination的消息。两种类型：QueueReceiver和TopicSubscriber。可分别经过session的createReceiver(Queue)或createSubscriber(Topic)来建立。固然，也能够session的creatDurableSubscriber方法来建立持久化的订阅者。

(7) MessageListener

消息监听器。若是注册了消息监听器，一旦消息到达，将自动调用监听器的onMessage方法。EJB中的MDB（Message-Driven Bean）就是一种MessageListener。

深刻学习JMS对掌握JAVA架构，EJB架构有很好的帮助，消息中间件也是大型分布式系统必须的组件。本次分享主要作全局性介绍，具体的深刻须要你们学习，实践，总结，领会。

5、经常使用消息队列

通常商用的容器，好比WebLogic，JBoss，都支持JMS标准，开发上很方便。但免费的好比Tomcat，Jetty等则须要使用第三方的消息中间件。本部份内容介绍经常使用的消息中间件（Active MQ,Rabbit MQ，Zero MQ,Kafka）以及他们的特色。

5.1 ActiveMQ

ActiveMQ 是Apache出品，最流行的，能力强劲的开源消息总线。ActiveMQ 是一个彻底支持JMS1.1和J2EE 1.4规范的 JMS Provider实现，尽管JMS规范出台已是好久的事情了，可是JMS在当今的J2EE应用中间仍然扮演着特殊的地位。

ActiveMQ特性以下：

⒈ 多种语言和协议编写客户端。语言: Java,C,C++,C#,Ruby,Perl,Python,PHP。应用协议： OpenWire,Stomp REST,WS Notification,XMPP,AMQP

⒉ 彻底支持JMS1.1和J2EE 1.4规范 （持久化，XA消息，事务)

⒊ 对spring的支持，Activ

 

参考资料：

https://blog.csdn.net/seven__________7/article/details/70225830