消息投递：如何保证消息不丢失？

布满荆棘的人生 2024-02-19 07:57 36阅读 0赞

##  ##

**目录**

前言

一、消息为什么会丢失？

二、在消息生产的过程中丢失消息

三、在消息队列中丢失消息

四、在消费的过程中存在消息丢失的可能

--------------------

## 前言 ##

在电商系统中，我们经常有这样的场景，在用户下单购买完商品后，需要给用户发送红包来促进用户继续消费。而发送红包的流程并不在下单的核心流程之内，这样的流程我们通常会采用消息队列的方式来异步处理，提高接口性能。

`这时，你发现了一个问题：如果消息在投递的过程中发生丢失，那么用户就会因为没有得到红包而投诉。相反，如果消息在投递的过程中出现了重复，那么你的系统就会因为发送两个红包而损失。`

`那么我们如何保证，产生的消息一定会被消费到，并且只被消费一次呢？`

--------------------

## **一、****消息为什么会丢失****？** ##

如果要保证消息只被消费一次，首先就要保证消息不会丢失。那么消息从被写入到消息队列，到被消费者消费完成，这个链路上会有哪些地方存在丢失消息的可能呢？其实，主要存在三个场景：

1.  消息从生产者写入到消息队列的过程。
2.  消息在消息队列中的存储场景。
3.  消息被消费者消费的过程。

接下来，我就针对每一个场景，详细地剖析一下，这样你可以针对不同的场景选择合适的，减少消息丢失的解决方案。

## 二、在消息生产的过程中丢失消息 ##

###  ###

在这个环节中主要有两种情况。

首先，消息的生产者一般是我们的业务服务器，消息队列是独立部署在单独的服务器上的。两者之间的网络虽然是内网，但是也会存在抖动的可能，而一旦发生抖动，消息就有可能因为网络的错误而丢失。

针对这种情况，我建议你采用的方案是消息重传：也就是当你发现发送超时后你就将消息重新发一次，但是你也不能无限制地重传消息。一般来说，如果不是消息队列发生故障，或者是到消息队列的网络断开了，重试 2～3 次就可以了。不过，这种方案可能会造成消息的重复，从而导致在消费的时候会重复消费同样的消息。比方说，消息生产时由于消息队列处理慢或者网络的抖动，导致虽然最终写入消息队列成功，但在生产端却超时了，生产者重传这条消息就会形成重复的消息，那么针对上面的例子，直观显示在你面前的就会是你收到了两个现金红包。

spring:
      # kafka 配置
      kafka:
        bootstrap-servers: 127.0.0.1:9092
        producer:
          key-serializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer
          value-serializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer
          properties:
            # 消费请求超时时间
            request:
              timeout:
                ms: 20000
            batch:
              #批量大小
              size: 1024
            #procedure要求leader在考虑完成请求之前收到的确认数，用于控制发送记录在服务端的持久化，其值可以为如下：
            #acks = 0 如果设置为零，则生产者将不会等待来自服务器的任何确认，该记录将立即添加到套接字缓冲区并视为已发送。在这种情况下，无法保证服务器已收到记录，并且重试配置将不会生效（因为客户端通常不会知道任何故障），为每条记录返回的偏移量始终设置为-1。
            #acks = 1 这意味着leader会将记录写入其本地日志，但无需等待所有副本服务器的完全确认即可做出回应，在这种情况下，如果leader在确认记录后立即失败，但在将数据复制到所有的副本服务器之前，则记录将会丢失。
            #acks = all 这意味着leader将等待完整的同步副本集以确认记录，这保证了只要至少一个同步副本服务器仍然存活，记录就不会丢失，这是最强有力的保证，这相当于acks = -1的设置。
            #可以设置的值为：all, -1, 0, 1
            acks: 1
            #重试次数
            retries: 2

kafka中配置重试次数 spring.kafka.producer.retries = 2

那么消息发送到了消息队列之后是否就万无一失了呢？当然不是，在消息队列中消息仍然有丢失的风险。

## 三、在消息队列中丢失消息 ##

拿 Kafka 举例，消息在 Kafka 中是存储在本地磁盘上的，而为了减少消息存储时对磁盘的随机 I/O，我们一般会将消息先写入到操作系统的 Page Cache 中，然后再找合适的时机刷新到磁盘上。

比如，Kafka 可以配置当达到某一时间间隔，或者累积一定的消息数量的时候再刷盘，也就是所说的异步刷盘。

![f80ef4377ec6466cad8ec95352839ee8.png][]

不过，如果发生机器掉电或者机器异常重启，那么 Page Cache 中还没有来得及刷盘的消息就会丢失了。那么怎么解决呢？

你可能会把刷盘的间隔设置很短，或者设置累积一条消息就就刷盘，但这样频繁刷盘会对性能有比较大的影响，而且从经验来看，出现机器宕机或者掉电的几率也不高，所以我不建议你这样做。

如果你的电商系统对消息丢失的容忍度很低，那么你可以考虑以集群方式部署 Kafka 服务，通过部署多个副本备份数据，保证消息尽量不丢失。那么它是怎么实现的呢？

![724cc9b4498543bbaf6e4dc6d22a7d3b.png][]

Kafka 集群中有一个 Leader 负责消息的写入和消费，可以有多个 Follower 负责数据的备份。Follower 中有一个特殊的集合叫做 ISR（in-sync replicas），当 Leader 故障时，新选举出来的 Leader 会从 ISR 中选择，默认 Leader 的数据会异步地复制给 Follower，这样在 Leader 发生掉电或者宕机时，Kafka 会从 Follower 中消费消息，减少消息丢失的可能。

由于默认消息是异步地从 Leader 复制到 Follower 的，所以一旦 Leader 宕机，那些还没有来得及复制到 Follower 的消息还是会丢失。为了解决这个问题，Kafka 为生产者提供一个选项叫做“acks”，当这个选项被设置为“all”时，生产者发送的每一条消息除了发给Leader 外还会发给所有的 ISR，并且必须得到 Leader 和所有 ISR 的确认后才被认为发送成功。这样，只有 Leader 和所有的 ISR 都挂了，消息才会丢失。从上面这张图来看，当设置“acks=all”时，需要同步执行 1，3，4 三个步骤，对于消息生产的性能来说也是有比较大的影响的，所以你在实际应用中需要仔细地权衡考量。

spring:
      # kafka 配置
      kafka:
        bootstrap-servers: 127.0.0.1:9092
        producer:
          key-serializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer
          value-serializer: org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer
          properties:
            #procedure要求leader在考虑完成请求之前收到的确认数，用于控制发送记录在服务端的持久化，其值可以为如下：
            #acks = 0 如果设置为零，则生产者将不会等待来自服务器的任何确认，该记录将立即添加到套接字缓冲区并视为已发送。在这种情况下，无法保证服务器已收到记录，并且重试配置将不会生效（因为客户端通常不会知道任何故障），为每条记录返回的偏移量始终设置为-1。
            #acks = 1 这意味着leader会将记录写入其本地日志，但无需等待所有副本服务器的完全确认即可做出回应，在这种情况下，如果leader在确认记录后立即失败，但在将数据复制到所有的副本服务器之前，则记录将会丢失。
            #acks = all 这意味着leader将等待完整的同步副本集以确认记录，这保证了只要至少一个同步副本服务器仍然存活，记录就不会丢失，这是最强有力的保证，这相当于acks = -1的设置。
            #可以设置的值为：all, -1, 0, 1
            acks: 1

1.  如果你需要确保消息一条都不能丢失，那么建议不要开启消息队列的同步刷盘，而是需要使用集群的方式来解决，可以配置当所有 ISR Follower 都接收到消息才返回成功。
2.  如果对消息的丢失有一定的容忍度，那么建议不部署集群，即使以集群方式部署，也建议配置只发送给一个 Follower 就可以返回成功了。
3.  我们的业务系统一般对于消息的丢失有一定的容忍度，比如说以上面的红包系统为例，如果红包消息丢失了，我们只要后续给没有发送红包的用户补发红包就好了。

## 四、在消费的过程中存在消息丢失的可能 ##

我还是以 Kafka 为例来说明。一个消费者消费消息的进度是记录在消息队列集群中的，而消费的过程分为三步：接收消息、处理消息、更新消费进度。这里面接收消息和处理消息的过程都可能会发生异常或者失败，比如说，消息接收时网络发生抖动，导致消息并没有被正确的接收到；处理消息时可能发生一些业务的异常导致处理流程未执行完成，这时如果更新消费进度，那么这条失败的消息就永远不会被处理了，也可以认为是丢失了。

所以，在这里你需要注意的是，一定要等到消息接收和处理完成后才能更新消费进度，但是这也会造成消息重复的问题，比方说某一条消息在处理之后，消费者恰好宕机了，那么因为没有更新消费进度，所以当这个消费者重启之后，还会重复地消费这条消息。

spring:
      kafka:
        consumer:
          group-id: launch-mq-prod
          # 是否在消费消息后将 offset 同步到 Broker，当 Consumer 失败后就能从 Broker 获取最新的 offset
          enable-auto-commit: false

##  ##

## 五、总结 ##

### 生产者： ###

*  设置acks=0，表示生产者不需要等待broker确认收到消息，就可以继续发送下一条消息，性能最高，但容易丢失消息。对数据丢失不敏感的场景可以考虑试用，例如报表等。
 *  设置acks=1，表示只需要broker的leader确认收到消息，不需要所有的follower就可以继续发送下一条消息。这种情况下，如果follower还没有备份好数据，leader又恰好挂掉的时候，会丢失数据。
 *  设置acks=-1或者all，表示leader需要等待所有的副本(min.insync.replicas配置的备份个数)全部备份完成之后才会返回，这种情况，只要有一个节点存活就不会丢失数据。但是如果min.insync.replicas配置的是1那就和acks设置为1的场景一样。

### 消费者： ###

如果消费这边配置的是自动提交，万一消费到数据还没处理完，就自动提交offset了，但是此时你consumer直接宕机了，未处理完的数据丢失了，下次也消费不到了。可以手动提交offset。

[f80ef4377ec6466cad8ec95352839ee8.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/19/81fa09e618ee4c0891277b980c3e55e4.png
[724cc9b4498543bbaf6e4dc6d22a7d3b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/19/563cf19b95a64d1aaf7d90bcb5ec0121.png