RabbitMQ之消息持久化

RabbitMQ之消息持久化

消息的可靠性是RabbitMQ的一大特色,那么RabbitMQ是如何保证消息可靠性的呢——消息持久化。
为了保证RabbitMQ在退出或者crash等异常情况下数据没有丢失,需要将queue,exchange和Message都持久化。

queue的持久化

queue的持久化是通过durable=true来实现的。

一般程序中这么使用:

Connection connection = connectionFactory.newConnection();
Channel channel = connection.createChannel();
channel.queueDeclare("queue.persistent.name", true, false, false, null);

关键的是第二个参数设置为true,即durable=true.

Channel类中queueDeclare的完整定义如下:

/**
* Declare a queue
* @see com.rabbitmq.client.AMQP.Queue.Declare
* @see com.rabbitmq.client.AMQP.Queue.DeclareOk
* @param queue the name of the queue
* @param durable true if we are declaring a durable queue (the queue will survive a server restart)
* @param exclusive true if we are declaring an exclusive queue (restricted to this connection)
* @param autoDelete true if we are declaring an autodelete queue (server will delete it when no longer in use)
* @param arguments other properties (construction arguments) for the queue
* @return a declaration-confirm method to indicate the queue was successfully declared
* @throws java.io.IOException if an error is encountered
*/
Queue.DeclareOk queueDeclare(String queue, boolean durable, boolean exclusive, boolean autoDelete,
Map<String, Object> arguments) throws IOException;

参数说明:

queue:queue的名称

exclusive:排他队列,如果一个队列被声明为排他队列,该队列仅对首次申明它的连接可见,并在连接断开时自动删除。这里需要注意三点:1. 排他队列是基于连接可见的,同一连接的不同信道是可以同时访问同一连接创建的排他队列;2.“首次”,如果一个连接已经声明了一个排他队列,其他连接是不允许建立同名的排他队列的,这个与普通队列不同;3.即使该队列是持久化的,一旦连接关闭或者客户端退出,该排他队列都会被自动删除的,这种队列适用于一个客户端发送读取消息的应用场景。

autoDelete:自动删除,如果该队列没有任何订阅的消费者的话,该队列会被自动删除。这种队列适用于临时队列。

queueDeclare相关的有4种方法,分别是:

Queue.DeclareOk queueDeclare() throws IOException;
Queue.DeclareOk queueDeclare(String queue, boolean durable, boolean exclusive, boolean autoDelete,
Map<String, Object> arguments) throws IOException;
void queueDeclareNoWait(String queue, boolean durable, boolean exclusive, boolean autoDelete,
Map<String, Object> arguments) throws IOException;
Queue.DeclareOk queueDeclarePassive(String queue) throws IOException;

其中需要说明的是queueDeclarePassive(String queue)可以用来检测一个queue是否已经存在。如果该队列存在,则会返回true;如果不存在,就会返回异常,但是不会创建新的队列。


消息的持久化

如过将queue的持久化标识durable设置为true,则代表是一个持久的队列,那么在服务重启之后,也会存在,因为服务会把持久化的queue存放在硬盘上,当服务重启的时候,会重新什么之前被持久化的queue。队列是可以被持久化,但是里面的消息是否为持久化那还要看消息的持久化设置。也就是说,重启之前那个queue里面还没有发出去的消息的话,重启之后那队列里面是不是还存在原来的消息,这个就要取决于发生着在发送消息时对消息的设置了。

如果要在重启后保持消息的持久化必须设置消息是持久化的标识。

设置消息的持久化:

channel.basicPublish("exchange.persistent", "persistent", MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN, "persistent_test_message".getBytes());

这里的关键是:MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN

首先看一下basicPublish的方法:

void basicPublish(String exchange, String routingKey, BasicProperties props, byte[] body) throws IOException;
void basicPublish(String exchange, String routingKey, boolean mandatory, BasicProperties props, byte[] body)
throws IOException;
void basicPublish(String exchange, String routingKey, boolean mandatory, boolean immediate, BasicProperties props, byte[] body)
throws IOException;

exchange表示exchange的名称

routingKey表示routingKey的名称

body代表发送的消息体

有关mandatory和immediate的详细解释可以参考:RabbitMQ之mandatory和immediate.

这里关键的是BasicProperties props这个参数了,这里看下BasicProperties的定义:

public BasicProperties(
String contentType,//消息类型如:text/plain
String contentEncoding,//编码
Map<String,Object> headers,
Integer deliveryMode,//1:nonpersistent 2:persistent
Integer priority,//优先级
String correlationId,
String replyTo,//反馈队列
String expiration,//expiration到期时间
String messageId,
Date timestamp,
String type,
String userId,
String appId,
String clusterId)

这里的deliveryMode=1代表不持久化,deliveryMode=2代表持久化。

上面的实现代码使用的是MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN,那么这个又是什么呢?

public static final BasicProperties PERSISTENT_TEXT_PLAIN =
new BasicProperties("text/plain",
null,
null,
2,
0, null, null, null,
null, null, null, null,
null, null);

可以看到这其实就是讲deliveryMode设置为2的BasicProperties的对象,为了方便编程而出现的一个东东。

换一种实现方式:

AMQP.BasicProperties.Builder builder = new AMQP.BasicProperties.Builder();
builder.deliveryMode(2);
AMQP.BasicProperties properties = builder.build();
channel.basicPublish("exchange.persistent", "persistent",properties, "persistent_test_message".getBytes());

设置了队列和消息的持久化之后,当broker服务重启的之后,消息依旧存在。单只设置队列持久化,重启之后消息会丢失;单只设置消息的持久化,重启之后队列消失,既而消息也丢失。单单设置消息持久化而不设置队列的持久化显得毫无意义。


exchange的持久化

上面阐述了队列的持久化和消息的持久化,如果不设置exchange的持久化对消息的可靠性来说没有什么影响,但是同样如果exchange不设置持久化,那么当broker服务重启之后,exchange将不复存在,那么既而发送方rabbitmq producer就无法正常发送消息。这里博主建议,同样设置exchange的持久化。exchange的持久化设置也特别简单,方法如下:

Exchange.DeclareOk exchangeDeclare(String exchange, String type, boolean durable) throws IOException;
Exchange.DeclareOk exchangeDeclare(String exchange, String type, boolean durable, boolean autoDelete,
Map<String, Object> arguments) throws IOException;
Exchange.DeclareOk exchangeDeclare(String exchange, String type) throws IOException;
Exchange.DeclareOk exchangeDeclare(String exchange,
String type,
boolean durable,
boolean autoDelete,
boolean internal,
Map<String, Object> arguments) throws IOException;
void exchangeDeclareNoWait(String exchange,
String type,
boolean durable,
boolean autoDelete,
boolean internal,
Map<String, Object> arguments) throws IOException;
Exchange.DeclareOk exchangeDeclarePassive(String name) throws IOException;

一般只需要:channel.exchangeDeclare(exchangeName, “direct/topic/header/fanout”, true);即在声明的时候讲durable字段设置为true即可。


进一步讨论

1.将queue,exchange, message等都设置了持久化之后就能保证100%保证数据不丢失了嚒?

答案是否定的。

首先,从consumer端来说,如果这时autoAck=true,那么当consumer接收到相关消息之后,还没来得及处理就crash掉了,那么这样也算数据丢失,这种情况也好处理,只需将autoAck设置为false(方法定义如下),然后在正确处理完消息之后进行手动ack(channel.basicAck).

String basicConsume(String queue, boolean autoAck, Consumer callback) throws IOException;

其次,关键的问题是消息在正确存入RabbitMQ之后,还需要有一段时间(这个时间很短,但不可忽视)才能存入磁盘之中,RabbitMQ并不是为每条消息都做fsync的处理,可能仅仅保存到cache中而不是物理磁盘上,在这段时间内RabbitMQ broker发生crash, 消息保存到cache但是还没来得及落盘,那么这些消息将会丢失。那么这个怎么解决呢?首先可以引入RabbitMQ的mirrored-queue即镜像队列,这个相当于配置了副本,当master在此特殊时间内crash掉,可以自动切换到slave,这样有效的保障了HA, 除非整个集群都挂掉,这样也不能完全的100%保障RabbitMQ不丢消息,但比没有mirrored-queue的要好很多,很多现实生产环境下都是配置了mirrored-queue的。还有要在producer引入事务机制或者Confirm机制来确保消息已经正确的发送至broker端,有关RabbitMQ的事务机制或者Confirm机制可以参考:RabbitMQ之消息确认机制(事务+Confirm). 幸亏本文的主题是讨论RabbitMQ的持久化而不是可靠性,不然就一发不可收拾了。RabbitMQ的可靠性涉及producer端的确认机制、broker端的镜像队列的配置以及consumer端的确认机制,要想确保消息的可靠性越高,那么性能也会随之而降,鱼和熊掌不可兼得,关键在于选择和取舍。

2.消息什么时候刷到磁盘?

写入文件前会有一个Buffer,大小为1M,数据在写入文件时,首先会写入到这个Buffer,如果Buffer已满,则会将Buffer写入到文件(未必刷到磁盘)。

有个固定的刷盘时间:25ms,也就是不管Buffer满不满,每个25ms,Buffer里的数据及未刷新到磁盘的文件内容必定会刷到磁盘。

每次消息写入后,如果没有后续写入请求,则会直接将已写入的消息刷到磁盘:使用Erlang的receive x after 0实现,只要进程的信箱里没有消息,则产生一个timeout消息,而timeout会触发刷盘操作。


欲了解更多消息中间件的内容,可以关注:消息中间件收录集


参考资料

  1. RabbitMQ消息队列(三):任务分发机制
  2. RabbitMQ之mandatory和immediate
  3. RabbitMQ之消息确认机制(事务+Confirm)
  4. RabbitMQ持久化机制

欢迎支持笔者的作品《深入理解Kafka: 核心设计与实践原理》和《RabbitMQ实战指南》,同时欢迎关注笔者的微信公众号:朱小厮的博客(ID: hiddenkafka)。
本文作者: 朱小厮

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