从轮询到公平：RabbitMQ的消息队列策略

工作队列的主要任务是：避免立刻执行资源密集型任务，然后必须等待其完成。相反地，我们进行任务调度：我们把任务封装为消息发送给队列。工作进行在后台运行并不断的从队列中取出任务然后执行。当你运行了多个工作进程时，任务队列中的任务将会被工作进程共享执行。
这样的概念在 web 应用中极其有用，当在很短的 HTTP 请求间需要执行复杂的任务

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public class NewTask {
    //队列名称
    private final static String QUEUE_NAME = "workqueue";
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        //创建连接和频道
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
        factory.setHost("localhost");
        Connection connection = factory.newConnection();
        Channel    channel    = connection.createChannel();
        //声明队列
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, false, false, false, null);
        //发送10条消息，依次在消息后面附加1-10个点
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            String dots = "";
            for (int j = 0; j <= i; j++)
            {
                dots += ".";
            }
            String message = "helloworld" + dots+dots.length();
            channel.basicPublish("", QUEUE_NAME, null, message.getBytes());
            System.out.println(" [x] Sent '" + message + "'");
        }
        //关闭频道和资源
        channel.close();
        connection.close();
    }
}

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public class Work_1 {
    //队列名称
    private final static String QUEUE_NAME = "workqueue";

    public static void main(String[] argv) throws java.io.IOException,
            java.lang.InterruptedException
    {
        //区分不同工作进程的输出
        int hashCode = Work.class.hashCode();
        //创建连接和频道
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
        factory.setHost("localhost");
        Connection connection = factory.newConnection();
        Channel    channel    = connection.createChannel();
        //声明队列
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, false, false, false, null);
        System.out.println(hashCode
                                   + " [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C");
        QueueingConsumer consumer = new QueueingConsumer(channel);
        // 指定消费队列
        // 关闭消息应答机制
        boolean ack = true;
        channel.basicConsume(QUEUE_NAME, ack, consumer);
        while (true)
        {
            QueueingConsumer.Delivery delivery = consumer.nextDelivery();
            String message = new String(delivery.getBody());
            System.out.println(hashCode + " [x] Received '" + message + "'");
            doWork(message);
            System.out.println(hashCode + " [x] Done");
        }
    }

    /**
     * 每个点耗时1s
     * @param task
     * @throws InterruptedException
     */
    private static void doWork(String task) throws InterruptedException
    {
        for (char ch : task.toCharArray())
        {
            if (ch == '.')
                Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

消费者 2:

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public class Work_2 {
    //队列名称
    private final static String QUEUE_NAME = "workqueue";

    public static void main(String[] argv) throws java.io.IOException,
            java.lang.InterruptedException
    {
        //区分不同工作进程的输出
        int hashCode = Work.class.hashCode();
        //创建连接和频道
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
        factory.setHost("localhost");
        Connection connection = factory.newConnection();
        Channel    channel    = connection.createChannel();
        //声明队列
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, false, false, false, null);
        System.out.println(hashCode
                                   + " [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C");
        QueueingConsumer consumer = new QueueingConsumer(channel);
        // 指定消费队列
        // 关闭消息应答机制
        boolean ack = true;
        channel.basicConsume(QUEUE_NAME, ack, consumer);
        while (true)
        {
            QueueingConsumer.Delivery delivery = consumer.nextDelivery();
            String message = new String(delivery.getBody());
            System.out.println(hashCode + " [x] Received '" + message + "'");
            doWork(message);
            System.out.println(hashCode + " [x] Done");
        }
    }

    /**
     * 每个点耗时1s
     * @param task
     * @throws InterruptedException
     */
    private static void doWork(String task) throws InterruptedException
    {
        for (char ch : task.toCharArray())
        {
            if (ch == '.')
                Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

执行结果
消费者 1:
`

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895328852 [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C
895328852 [x] Received 'helloworld.1'
895328852 [x] Done
895328852 [x] Received 'helloworld…3'
895328852 [x] Done
895328852 [x] Received 'helloworld…..5'
895328852 [x] Done
895328852 [x] Received 'helloworld…….7'
895328852 [x] Done
895328852 [x] Received 'helloworld………9'

消费者 2:

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1581781576 [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C
1581781576 [x] Received 'helloworld..2'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld….4'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld……6'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld……..8'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld……….10'
1581781576 [x] Done

值得注意的几点

  1. 默认的，RabbitMQ 会一个一个的发送信息给下一个消费者 (consumer)，而不考虑每个任务的时长等等，且是一次性分配，并非一个一个分配。平均的每个消费者将会获得相等数量的消息。这样分发消息的方式叫做round-robin,即轮询调度。
  2. 执行一个任务需要花费几秒钟。你可能会担心当一个工作者在执行任务时发生中断。我们上面的代码，一旦 RabbItMQ 交付了一个信息给消费者，会马上从内存中移除这个信息。在这种情况下，如果杀死正在执行任务的某个工作者，我们会丢失它正在处理的信息。我们也会丢失已经转发给这个工作者且它还未执行的消息。
  3. 当我们杀死一个正在工作的进程时,分配给该进程的任务就不会执行,从而丢失消息.为了防止这种情况发生, RabbitMQ 使用了消息应答（message acknowledgments),消费者发送应答给 RabbitMQ，告诉它信息已经被接收和处理，然后 RabbitMQ 可以自由的进行信息删除。

消息应答机制 （message acknowledgments）

如果消费者被杀死而没有发送应答，RabbitMQ 会认为该信息没有被完全的处理，然后将会重新转发给别的消费者。通过这种方式，你可以确认信息不会被丢失，即使消者偶尔被杀死。
这种机制并没有超时时间这么一说，RabbitMQ 只有在消费者连接断开时重新转发此信息。如果消费者处理一个信息需要耗费特别特别长的时间是允许的。

boolean ack = false; // 开启消息应答
修改后的输出结果:
消费者 1:(中途中断)

1
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895328852 [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C
895328852 [x] Received 'helloworld.1'
895328852 [x] Done
895328852 [x] Received 'helloworld…3'

Process finished with exit code 130

消费者 2:

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1581781576 [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C
1581781576 [x] Received 'helloworld..2'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld….4'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld……6'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld……..8'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld……….10'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld.1'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld…3'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld…..5'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld…….7'
1581781576 [x] Done
1581781576 [x] Received 'helloworld………9'
1581781576 [x] Done

值得注意的几点:

  1. 在消费者 1 执行到第 2 个任务时中断了,消费者执行完分配的任务后,开始执行分配给消费者 1 的任务
  2. 任务重复执行了
  3. 当开启了消息应答的消费者任务中断后,此消费者的任务会重新分配给其他消费者,且是一次分配,且不管是否已经完成的工作,都会分配给其他消费者

消息持久化（Message durability）

通过消息应答机制,即使消费者被杀死，消息也不会被丢失。但是如果此时 RabbitMQ 服务被停止，我们的消息仍然会丢失。
当 RabbitMQ 退出或者异常退出，将会丢失所有的队列和信息，除非你告诉它不要丢失。我们需要做两件事来确保信息不会被丢失：我们需要给所有的队列和消息设置持久化的标志。

  1. 我们需要确认 RabbitMQ 永远不会丢失我们的队列。为了这样，我们需要声明它为持久化的。
    boolean durable = true;
    channel.queueDeclare(“task_queue”, durable, false, false, null);
    注：RabbitMQ 不允许使用不同的参数重新定义一个队列，所以已经存在的队列，我们无法修改其属性。

  2. 我们需要标识我们的信息为持久化的。通过设置 MessageProperties（implements BasicProperties）值为 PERSISTENT_TEXT_PLAIN。
    channel.basicPublish(“”, “task_queue”,MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN,message.getBytes());
    现在你可以执行一个发送消息的程序，然后关闭服务，再重新启动服务，运行消费者程序做下实验。只有第一个消费者才会处理消息.

公平转发（Fair dispatch）

或许会发现，目前的消息转发机制（Round-robin）并非是我们想要的。例如，这样一种情况，对于两个消费者，有一系列的任务，奇数任务特别耗时，而偶数任务却很轻松，这样造成一个消费者一直繁忙，另一个消费者却很快执行完任务后等待。
造成这样的原因是因为 RabbitMQ 仅仅是当消息到达队列进行转发消息。并不在乎有多少任务消费者并未传递一个应答给 RabbitMQ。仅仅盲目转发所有的奇数给一个消费者，偶数给另一个消费者。
为了解决这样的问题，我们可以使用 basicQos 方法，传递参数为 prefetchCount = 1。这样告诉 RabbitMQ 不要在同一时间给一个消费者超过一条消息。换句话说，只有在消费者空闲的时候会发送下一条信息。

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public class NewTask
{
    // 队列名称
    private final static String QUEUE_NAME = "workqueue_persistence";
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        // 创建连接和频道
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
        factory.setHost("localhost");
        Connection connection = factory.newConnection();
        Channel channel = connection.createChannel();
        // 声明队列
        boolean durable = true;// 1、设置队列持久化
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, durable, false, false, null);
        // 发送10条消息，依次在消息后面附加1-10个点
        for (int i = 5; i > 0; i--)
        {
            String dots = "";
            for (int j = 0; j <= i; j++)
            {
                dots += ".";
            }
            String message = "helloworld" + dots + dots.length();
            // MessageProperties 2、设置消息持久化
            channel.basicPublish("", QUEUE_NAME,
                    MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN, message.getBytes());
            System.out.println(" [x] Sent '" + message + "'");
        }
        // 关闭频道和资源
        channel.close();
        connection.close();
    }
}

消费者 1:

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public class Work_1
{
    // 队列名称
    private final static String QUEUE_NAME = "workqueue_persistence";

    public static void main(String[] argv) throws java.io.IOException,
            java.lang.InterruptedException
    {
        // 区分不同工作进程的输出
        int hashCode = Work.class.hashCode();
        // 创建连接和频道
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
        factory.setHost("localhost");
        Connection connection = factory.newConnection();
        Channel channel = connection.createChannel();
        // 声明队列
        boolean durable = true;
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, durable, false, false, null);
        System.out.println(hashCode
                + " [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C");
        //设置最大服务转发消息数量
        int prefetchCount = 1;
        channel.basicQos(prefetchCount);
        QueueingConsumer consumer = new QueueingConsumer(channel);
        // 指定消费队列
        boolean ack = false; // 打开应答机制
        channel.basicConsume(QUEUE_NAME, ack, consumer);
        while (true)
        {
            QueueingConsumer.Delivery delivery = consumer.nextDelivery();
            String message = new String(delivery.getBody());

            System.out.println(hashCode + " [x] Received '" + message + "'");
            doWork(message);
            System.out.println(hashCode + " [x] Done");
            //channel.basicAck(delivery.getEnvelope().getDeliveryTag(), false);
            channel.basicAck(delivery.getEnvelope().getDeliveryTag(), false);

        }

    }

    /**
     * 每个点耗时1s
     *
     * @param task
     * @throws InterruptedException
     */
    private static void doWork(String task) throws InterruptedException
    {
        for (char ch : task.toCharArray())
        {
            if (ch == '.')
                Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

消费者 2:

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public class Work_2
{
    // 队列名称
    private final static String QUEUE_NAME = "workqueue_persistence";

    public static void main(String[] argv) throws java.io.IOException,
            java.lang.InterruptedException
    {
        // 区分不同工作进程的输出
        int hashCode = Work.class.hashCode();
        // 创建连接和频道
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
        factory.setHost("localhost");
        Connection connection = factory.newConnection();
        Channel channel = connection.createChannel();
        // 声明队列
        boolean durable = true;
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, durable, false, false, null);
        System.out.println(hashCode
                + " [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C");
        //设置最大服务转发消息数量
        int prefetchCount = 1;
        channel.basicQos(prefetchCount);
        QueueingConsumer consumer = new QueueingConsumer(channel);
        // 指定消费队列
        boolean ack = false; // 打开应答机制
        channel.basicConsume(QUEUE_NAME, ack, consumer);
        while (true)
        {
            QueueingConsumer.Delivery delivery = consumer.nextDelivery();
            String message = new String(delivery.getBody());

            System.out.println(hashCode + " [x] Received '" + message + "'");
            doWork(message);
            System.out.println(hashCode + " [x] Done");
            //channel.basicAck(delivery.getEnvelope().getDeliveryTag(), false);
            channel.basicAck(delivery.getEnvelope().getDeliveryTag(), false);

        }

    }

    /**
     * 每个点耗时1s
     *
     * @param task
     * @throws InterruptedException
     */
    private static void doWork(String task) throws InterruptedException
    {
        for (char ch : task.toCharArray())
        {
            if (ch == '.')
                Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

此时并没有按照之前的 Round-robin 机制进行转发消息，而是当消费者不忙时进行转发。且这种模式下支持动态增加消费者，因为消息并没有发送出去，动态增加了消费者马上投入工作。而默认的转发机制会造成，即使动态增加了消费者，此时的消息已经分配完毕，无法立即加入工作，即使有很多未完成的任务。