ActiveMQ系列—消息协议（AMQP协议）

时间  2019-12-09 标签 activemq 系列 消息 协议 amqp

AMQP协议的全称是：Advanced Message Queuing Protocol（高级消息队列协议）。目前AMQP协议的版本为 Version 1.0，这个协议标准在2014年经过了国际标准组织 (ISO) 和国际电工委员会 (IEC) 的投票，成为了新的 ISO 和 IEC 国际化标准。目前支持AMQP的软件厂商包括：web

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一、协议概览

在网络上讲解AQMP协议的文章已经有不少了，您能够在百度、Google、必应上搜索关键字‘AMQP’，就会出现不少相关文章。虽然文章数量比较多，可是却鲜有质量过硬的文章（固然除了AMQP官网 http://www.amqp.org/ 的协议说明文档）。本小节的内容我试图在能力所及的范围内，为各位读者将AMQP协议的核心要点讲清楚。为了达到这个目的，首先将AMQP协议的原理用下图进行一个全面呈现，而后在详细讲解图中的每个要点：服务器

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从上图咱们能够看到AMQP协议的各个组成部分：网络

  • AMQP协议中的元素包括：Message（消息体）、Producer（消息生产者）、Consumer（消息消费者）、Virtual Host（虚拟节点）、Exchange（交换机）、Queue（队列）等；并发

  • 由Producer（消息生产者）和Consumer（消息消费者）构成了AMQP的客户端，他们是发送消息和接收消息的主体。AMQP服务端称为Broker，一个Broker中必定包含完整的Virtual Host（虚拟主机）、 Exchange（交换机）、Queue（队列）定义；app

  • 一个Broker能够建立多个Virtual Host（虚拟主机），咱们将讨论的Exchange和Queue都是虚拟机中的工做元素（还有User元素）。注意，若是AMQP是由多个Broker构成的集群提供服务，那么一个Virtual Host也能够由多个Broker共同构成；ide

  • Connection是由Producer（消息生产者）和Consumer（消息消费者）建立的链接，链接到Broker物理节点上。可是有了Connection后客户端还不能和服务器通讯，在Connection之上客户端会建立Channel，链接到Virtual Host或者Queue上，这样客户端才能向Exchange发送消息或者从Queue接受消息。一个Connection上容许存在多个Channel，只有Channel中可以发送/接受消息。svg

  • Exchange元素是AMQP协议中的交换机，Exchange能够绑定多个Queue也能够同时绑定其余Exchange。消息经过Exchange时，会按照Exchange中设置的Routing（路由）规则，将消息发送到符合的Queue或者Exchange中。ui

那么AMQP消息在这个结构中是如何经过Producer发出，又通过Broker最后到达Consumer的呢？请看下图：编码

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  1. 在Producer（消息生产者）客户端创建了Channel后，就创建了到Broker上Virtual Host的链接。接下来Producer就能够向这个Virtual Host中的Exchange发送消息了；加密

  2. Exchange（交换机）可以处理消息的前提是：它至少已经和某个Queue或者另外的Exchange造成了绑定关系，并设置好了到这些Queue和Excahnge的Routing（路由规则）。Excahnge中的Routing有三种模式，咱们随后会讲到。在Exchange收到消息后，会根据设置的Routing（路由规则），将消息发送到符合要求的Queue或者Exchange中（路由规则还会和Message中的Routing Key属性配合使用）；

  3. Queue收到消息后，可能会进行以下的处理：若是当前没有Consumer的Channel链接到这个Queue，那么Queue将会把这条消息进行存储直到有Channel被建立（AMQP协议的不一样实现产品中，存储方式又不尽相同）；若是已经有Channel链接到这个Queue，那么消息将会按顺序被发送给这个Channel。

  4. Consumer收到消息后，就能够进行消息的处理了。可是整个消息传递的过程尚未完成：视设置状况，Consumer在完成某一条消息的处理后，将须要手动的发送一条ACK消息给对应的Queue（固然您能够设置为自动发送，或者无需发送）。Queue在收到这条ACK信息后，才会认为这条消息处理成功，并将这条消息从Queue中移除；若是在对应的Channel断开后，Queue都没有这条消息的ACK信息，这条消息将会从新被发送给另外的Channel。固然，您还能够发送NACK信息，这样这条消息将会当即归队，并发送给另外的Channel。

二、Message（消息体）

经过上一小节的描述，咱们能够看到AMQP协议中消息的处理规则和Stomp协议中消息的处理规则有相似之处，好比对ACK、NACK的使用。但明显不一样的地方仍是不少，例如AMQP中Exchange元素提供的Routing路由规则，这显然比Stomp协议中直接发送给Queue要灵活得多。

为了支持AMQP协议中的这些规则，AMQP协议中的消息也必须有特定的格式，实际上AMQP协议要比Stomp协议复杂得多。下面咱们就根据ISO/IEC发布的AMQP Version 1.0标准文档，来讨论一下AMQP协议中的消息格式。

首先要说明的是目前国内多个技术站点，详细介绍AMQP消息格式的文章原本就很少（不包括那些聊聊几笔的转发），并且基本上都没有详细讲解格式自己，只是粗略说明了AMQP消息采用二进制格式（任何应用层协议在网络上进行传输，都是使用二进制流进行的，因此这个说法固然没错）。

有的文章还向读者传递了错误的信息。例如说AMQP消息格式包括两部分：消息头和消息正文。 这是彻底错误的，虽然AMQP消息格式确实包括Header和Body部分，可是绝对不止这两个部分。（若是真是这样，ISO/IEC组织就不须要使用125页的文档篇幅来进行说明了）

首先咱们须要说明的是，做为一种网络通信协议，AMQP工做在七层/五层网络模型的应用层，是一个典型的应用层协议；另外，因为AMQP协议存在多种元素定义，且这些元素定义工做在不一样的领域。例如Channel的定义是为了基于网络链接记录会话状态；Queue等元素帮助AMQP完成路由规则，这些元素在Message消息记录中都须要有所体现。

因此AMQP协议首先要记录网络状态和会话状态，格式以下（AMQP帧的定义在《OASIS Advanced Message Queueing Protocol (AMQP) Version 1.0》文档的第38页）：

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其中非PAYLOAD部分，在网络协议的应用层说明Channel的工做状态（固然还有说明整个AMQP消息的长度区域：SIZE），咱们真正须要的内容存在PAYLOAD区域。PAYLOAD区域（译文称为‘交付区’）的格式以下（能够在《OASIS Advanced Message Queueing Protocol (AMQP) Version 1.0》文档的第3部分：messaging第82页找到详细说明）：

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在PAYLAOD区域一共包含7个数据区域：header、delivery-annotations、message-annotations、properties、application-properties、application-data、footer。这些元素的做用以下：

  • header：header部分记录了AMQP消息的在‘支持AMQP的中间件’中的交互状态。例如该条消息在节点间被交互的总次数、优先级、TTL（Time To Live）值等信息；

  • delivery-annotations：在header部分只能传递规范的、标准的、通过ISO/IEC组织定义的属性。那么若是须要在header部分传递一些非标准信息怎么办呢？这就是delivery-annotations数据区域存在的意义：用来记录那些’非标’的header信息；

  • message-annotations：这个数据区域，用于存储一些自定义的辅助属性。和delivery-annotations区域的非标准信息不一样，这里的自定义属性主要用于消息的转换。例如AMQP-JMS信息转换过程当中将依据这个数据区域的“x-opt-jms type”、“x-opt-to-type”、“x-opt-reply-type”和“name”属性进行JMS规范中对应的“JMSType”、“Type of the JMSDestination”、“Type of the
    JMSReplyTo”和“JMS_AMQP_MA_name”属相的转换；

  • properties：从整个AMQP消息的properties属性开始，到AMQP消息的application-data部分结束，才是AMQP消息的正文内容（译文称为‘裸消息’）。Properties属性记录了AMQP消息正文的那些‘不可变’属性。在properties部分只能传递规范的、标准的、通过ISO/IEC组织定义的属性。例如：消息id、分组id、发送者id、内容编码等。如下是AMQP协议文档中对Properties部分属性的描述（只能包含这些信息）：

<type name="properties" class="composite" source="list" provides="section">
    <descriptor name="amqp:properties:list" code="0x00000000:0x00000073"/>
    <field name="message-id" type="*" requires="message-id"/>
    <field name="user-id" type="binary"/>
    <field name="to" type="*" requires="address"/>
    <field name="subject" type="string"/>
    <field name="reply-to" type="*" requires="address"/>
    <field name="correlation-id" type="*" requires="message-id"/>
    <field name="content-type" type="symbol"/>
    <field name="content-encoding" type="symbol"/>
    <field name="absolute-expiry-time" type="timestamp"/>
    <field name="creation-time" type="timestamp"/>
    <field name="group-id" type="string"/>
    <field name="group-sequence" type="sequence-no"/>
    <field name="reply-to-group-id" type="string"/>
</type>

  • application-properties：‘应用数据’属性，在这部分数据中主要记录和应用有关的数据，AMQP的实现产品（例如RabbitMQ）须要用这部分数据决定其处理逻辑。例如：送入哪个Exchange、消息的Routing值是什么、是否进行持久化等；

  • application-data：使用二进制格式描述的AMQP消息的用户部份内容。既是咱们发送出去的真实内容；

  • footer：通常在这个数据区域存储辅助内容，例如消息的哈希值，HMAC，签名或者加密细节。

以上才是一个AMQP消息的完整结构。固然因为篇幅限制，在某一个数据区域的‘标准’属性就没有再细讲了，例如Properties数据区域定义的creation-time属性、Header数据区域定义的durable属性。

三、Exchange（交换机）路由规则

Exchange交换机在AMQP协议中主要负责按照必定的规则，将收到的消息转发到已经和它事先绑定好的Queue或者另外的Exchange中。Excahnge交换机的这个处理过程称之为Routing（路由）。目前流行的AMQP路由实现一共有三种：分别是Direct Exchange、Fanout Exchange和Topic Exchange。须要特别注意的是：Exhange须要具有怎样的‘路由’规则，并无在AMQP标准协议进行强行规定，目前流行的AMQP转发规则都是AMQP实现产品自行开发的（这也是为何AMQP消息中和路由、过滤规则相关的属性是存放在application-properties区域的缘由）。

A、Direct路由

direct模式从字面上的理解应该是‘引导’、‘直接’的含义。direct模式下Exchange将使用AMQP消息中所携带的Routing-Key和Queue中的Routing Key进行比较。若是二者彻底匹配，就会将这条消息发送到这个Queue中。以下图所示：

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B、Fanout路由

Fanout路由模式不须要Routing Key。当设置为Fanout模式的Exchange收到AMQP消息后，将会将这个AMQP消息复制多份，分别发送到和本身绑定的各个Queue中。以下图所示：

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C、Topic路由

Topic模式是Routing Key的匹配模式。Exchange将支持使用‘#’和‘ * ’通配符进行Routing Key的匹配查找（‘#’表示0个或若干个关键词，‘ * ’表示一个关键词，注意是关键词不是字母）。以下图所示：

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为了方便各位读者的理解，这里咱们再举几个通配符匹配的示例：

  • “param.#”，能够匹配“param”、“param.test”、“param.value”、“param.test.child”等等AMQP消息的Routing Key；可是不能匹配诸如“param1.test”、“param2.test”、“param3.test”。觉得param这个关键词和param1这个关键词不相同。

  • “param.*.* ”，能够匹配“param.test.test”、“param.test.value”、“param.test.child”等等AMQP消息的Routing Key；可是不能匹配诸如“param”、“param.test”、“parm.child”等等Routing Key。

  • “param.*.value”，能够匹配“param.value.value”、“param.test.value”等Routing Key；可是不能匹配诸如“param.value”、“param.value.child”等Routing Key。

注意，以上介绍的Direct 路由模式和Topic 路由模式中，若是Exchange交换机没有找到任何匹配Routing Key的Queue，那么这条AMQP消息会被丢弃。（只有Queue有保存消息的功能，可是Exchange并不负责保存消息）

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