消息中间件选型分析

消息中间件选型分析消息中间件选型分析——从Kafka与RabbitMQ的对比来看全局有很多网友留言：公司要做消息中间件选型，该如何选？你觉得哪个比较好？消息选型的确是一个大论题，实则说来话长的事情又如何长话短说。对此笔者专门撰稿一篇内功心法：如何看待消息中间件的选型，不过这篇只表其意未表其行，为了弥补这种缺陷，笔者最近特意重新撰稿一篇，以供参考。温馨提示：本文一万多字，建议先马（关注）后看。一、前言消息队列中间件（简称消息中间件）是指利用高效可靠的消息传递机制进行与平台无关的数据交流，并基于数据通信来进行分布式系统的集成。通过提供消息传递和消息排队模型，它可以在分布式环境下提供应用解耦、弹性伸缩、冗余存储、流量削峰、异步通信、数据同步等等功能，其作为分布式系统架构中的一个重要组件，有着举足轻重的地位。目前开源的消息中间件可谓是琳琅满目，能让大家耳熟能详的就有很多，比如ActiveMQ、RabbitMQ、Kafka、RocketMQ、ZeroMQ等。不管选择其中的哪一款，都会有用的不趁手的地方，毕竟不是为你量身定制的。有些大厂在长期的使用过程中积累了一定的经验，其消息队列的使用场景也相对稳定固化，或者目前市面上的消息中间件无法满足自身需求，并且也具备足够的精力和人力而选择自研来为自己量身打造一款消息中间件。但是绝大多数公司还是不会选择重复造轮子，那么选择一款合适自己的消息中间件显得尤为重要。就算是前者，那么在自研出稳定且可靠的相关产品之前还是会经历这样一个选型过程。在整体架构中引入消息中间件，势必要考虑很多因素，比如成本及收益问题，怎么样才能达到最优的性价比？虽然消息中间件种类繁多，但是各自都有各自的侧重点，选择合适自己、扬长避短无疑是最好的方式。如果你对此感到无所适从，本文或许可以参考一二。二、各类消息队列简述ActiveMQ是Apache出品的、采用Java语言编写的完全基于JMS1.1规范的面向消息的中间件，为应用程序提供高效的、可扩展的、稳定的和安全的企业级消息通信。不过由于历史原因包袱太重，目前市场份额没有后面三种消息中间件多，其最新架构被命名为Apollo，号称下一代ActiveMQ，有兴趣的同学可行了解。RabbitMQ是采用Erlang语言实现的AMQP协议的消息中间件，最初起源于金融系统，用于在分布式系统中存储转发消息。RabbitMQ发展到今天，被越来越多的人认可，这和它在可靠性、可用性、扩展性、功能丰富等方面的卓越表现是分不开的。Kafka起初是由LinkedIn公司采用Scala语言开发的一个分布式、多分区、多副本且基于zookeeper协调的分布式消息系统，现已捐献给Apache基金会。它是一种高吞吐量的分布式发布订阅消息系统，以可水平扩展和高吞吐率而被广泛使用。目前越来越多的开源分布式处理系统如Cloudera、ApacheStorm、Spark、Flink等都支持与Kafka集成。RocketMQ是阿里开源的消息中间件，目前已经捐献个Apache基金会，它是由Java语言开发的，具备高吞吐量、高可用性、适合大规模分布式系统应用等特点，经历过双11的洗礼，实力不容小觑。ZeroMQ号称史上最快的消息队列，基于C语言开发。ZeroMQ是一个消息处理队列库，可在多线程、多内核和主机之间弹性伸缩，虽然大多数时候我们习惯将其归入消息队列家族之中，但是其和前面的几款有着本质的区别，ZeroMQ本身就不是一个消息队列服务器，更像是一组底层网络通讯库，对原有的SocketAPI上加上一层封装而已。目前市面上的消息中间件还有很多，比如腾讯系的PhxQueue、CMQ、CKafka，又比如基于Go语言的NSQ，有时人们也把类似Redis的产品也看做消息中间件的一种，当然它们都很优秀，但是本文篇幅限制无法穷极所有，下面会针对性的挑选RabbitMQ和Kafka两款典型的消息中间件来做分析，力求站在一个公平公正的立场来阐述消息中间件选型中的各个要点。三、选型要点概述衡量一款消息中间件是否符合需求需要从多个维度进行考察，首要的就是功能维度，这个直接决定了你能否最大程度上的实现开箱即用，进而缩短项目周期、降低成本等。如果一款消息中间件的功能达不到想要的功能，那么就需要进行二次开发，这样会增加项目的技术难度、复杂度以及增大项目周期等。1.功能维度功能维度又可以划分个多个子维度，大致可以分为以下这些：优先级队列优先级队列不同于先进先出队列，优先级高的消息具备优先被消费的特权，这样可以为下游提供不同消息级别的保证。不过这个优先级也是需要有一个前提的：如果消费者的消费速度大于生产者的速度，并且消息中间件服务器（一般简单的称之为Broker）中没有消息堆积，那么对于发送的消息设置优先级也就没有什么实质性的意义了，因为生产者刚发送完一条消息就被消费者消费了，那么就相当于Broker中至多只有一条消息，对于单条消息来说优先级是没有什么意义的。延迟队列当你在网上购物的时候是否会遇到这样的提示：“三十分钟之内未付款，订单自动取消”？这个是延迟队列的一种典型应用场景。延迟队列存储的是对应的延迟消息，所谓“延迟消息”是指当消息被发送以后，并不想让消费者立刻拿到消息，而是等待特定时间后，消费者才能拿到这个消息进行消费。延迟队列一般分为两种：基于消息的延迟和基于队列的延迟。基于消息的延迟是指为每条消息设置不同的延迟时间，那么每当队列中有新消息进入的时候就会重新根据延迟时间排序，当然这也会对性能造成极大的影响。实际应用中大多采用基于队列的延迟，设置不同延迟级别的队列，比如5s、10s、30s、1min、5mins、10mins等，每个队列中消息的延迟时间都是相同的，这样免去了延迟排序所要承受的性能之苦，通过一定的扫描策略（比如定时）即可投递超时的消息。死信队列由于某些原因消息无法被正确的投递，为了确保消息不会被无故的丢弃，一般将其置于一个特殊角色的队列，这个队列一般称之为死信队列。与此对应的还有一个“回退队列”的概念，试想如果消费者在消费时发生了异常，那么就不会对这一次消费进行确认（Ack）,进而发生回滚消息的操作之后消息始终会放在队列的顶部，然后不断被处理和回滚，导致队列陷入死循环。为了解决这个问题，可以为每个队列设置一个回退队列，它和死信队列都是为异常的处理提供的一种机制保障。实际情况下，回退队列的角色可以由死信队列和重试队列来扮演。重试队列重试队列其实可以看成是一种回退队列，具体指消费端消费消息失败时，为防止消息无故丢失而重新将消息回滚到Broker中。与回退队列不同的是重试队列一般分成多个重试等级，每个重试等级一般也会设置重新投递延时，重试次数越多投递延时就越大。举个例子：消息第一次消费失败入重试队列Q1，Q1的重新投递延迟为5s，在5s过后重新投递该消息；如果消息再次消费失败则入重试队列Q2，Q2的重新投递延迟为10s，在10s过后再次投递该消息。以此类推，重试越多次重新投递的时间就越久，为此需要设置一个上限，超过投递次数就入死信队列。重试队列与延迟队列有相同的地方，都是需要设置延迟级别，它们彼此的区别是：延迟队列动作由内部触发，重试队列动作由外部消费端触发；延迟队列作用一次，而重试队列的作用范围会向后传递。消费模式消费模式分为推（push）模式和拉（pull）模式。推模式是指由Broker主动推送消息至消费端，实时性较好，不过需要一定的流制机制来确保服务端推送过来的消息不会压垮消费端。而拉模式是指消费端主动向Broker端请求拉取（一般是定时或者定量）消息，实时性较推模式差，但是可以根据自身的处理能力而控制拉取的消息量。广播消费消息一般有两种传递模式：点对点（P2P，Point-to-Point）模式和发布/订阅（Pub/Sub）模式。对于点对点的模式而言，消息被消费以后，队列中不会再存储，所以消息消费者不可能消费到已经被消费的消息。虽然队列可以支持多个消费者，但是一条消息只会被一个消费者消费。发布订阅模式定义了如何向一个内容节点发布和订阅消息，这个内容节点称为主题（topic），主题可以认为是消息传递的中介，消息发布者将消息发布到某个主题，而消息订阅者则从主题中订阅消息。主题使得消息的订阅者与消息的发布者互相保持独立，不需要进行接触即可保证消息的传递，发布/订阅模式在消息的一对多广播时采用。RabbitMQ是一种典型的点对点模式，而Kafka是一种典型的发布订阅模式。但是RabbitMQ中可以通过设置交换器类型来实现发布订阅模式而达到广播消费的效果，Kafka中也能以点对点的形式消费，你完全可以把其消费组（consumergroup）的概念看成是队列的概念。不过对比来说，Kafka中因为有了消息回溯功能的存在，对于广播消费的力度支持比RabbitMQ的要强。消息回溯一般消息在消费完成之后就被处理了，之后再也不能消费到该条消息。消息回溯正好相反，是指消息在消费完成之后，还能消费到之前被消费掉的消息。对于消息而言，经常面临的问题是“消息丢失”，至于是真正由于消息中间件的缺陷丢失还是由于使用方的误用而丢失一般很难追查，如果消息中间件本身具备消息回溯功能的话，可以通过回溯消费复现“丢失的”消息进而查出问题的源头之所在。消息回溯的作用远不止与此，比如还有索引恢复、本地缓存重建，有些业务补偿方案也可以采用回溯的方式来实现。消息堆积+持久化流量削峰是消息中间件的一个非常重要的功能，而这个功能其实得益于其消息堆积能力。从某种意义上来讲，如果一个消息中间件不具备消息堆积的能力，那么就不能把它看做是一个合格的消息中间件。消息堆积分内存式堆积和磁盘式堆积。RabbitMQ是典型的内存式堆积，但这并非绝对，在某些条件触发后会有换页动作来将内存中的消息换页到磁盘（换页动作会影响吞吐），或者直接使用惰性队列来将消息直接持久化至磁盘中。Kafka是一种典型的磁盘式堆积，所有的消息都存储在磁盘中。一般来说，磁盘的容量会比内存的容量要大得多，对于磁盘式的堆积其堆积能力就是整个磁盘的大小。从另外一个角度讲，消息堆积也为消息中间件提供了冗余存储的功能。援引纽约时报的案例（），其直接将Kafka用作存储系统。消息追踪对于分布式架构系统中的链路追踪（trace）而言，大家一定不会陌生。对于消息中间件而言，消息的链路追踪（以下简称消息追踪）同样重要。对于消息追踪最通俗的理解就是要知道消息从哪来，存在哪里以及发往哪里去。基于此功能下，我们可以对发送或者消费完的消息进行链路追踪服务，进而可以进行问题的快速定位与排查。消息过滤消息过滤是指按照既定的过滤规则为下游用户提供指定类别的消息。就以kafka而言，完全可以将不同类别的消息发送至不同的topic中，由此可以实现某种意义的消息过滤，或者Kafka还可以根据分区对同一个topic中的消息进行分类。不过更加严格意义上的消息过滤应该是对既定的消息采取一定的方式按照一定的过滤规则进行过滤。同样以Kafka为例，可以通过客户端提供的ConsumerInterceptor接口或者KafkaStream的filter功能进行消息过滤。多租户也可以称为多重租赁技术，是一种软件架构技术，主要用来实现多用户的环境下公用相同的系统或程序组件，并且仍可以确保各用户间数据的隔离性。RabbitMQ就能够支持多租户技术，每一个租户表示为一个vhost，其本质上是一个独立的小型RabbitMQ服务器，又有自己独立的队列、交换器及绑定关系等，并且它拥有自己独立的权限。vhost就像是物理机中的虚拟机一样，它们在各个实例间提供逻辑上的分离，为不同程序安全保密地允许数据，它既能将同一个RabbitMQ中的众多客户区分开，又可以避免队列和交换器等命名冲突。多协议支持消息是信息的载体，为了让生产者和消费者都能理解所承载的信息（生产者需要知道如何构造消息，消费者需要知道如何解析消息），它们就需要按照一种统一的格式描述消息，这