RocketMQ的基本概念、系统架构、单机安装与启动

Myth丶恋晨 2024-03-25 21:28 58阅读 0赞

### RocketMQ的基本概念、系统架构、单机安装与启动 ###

#### 文章目录 ####

*   *  RocketMQ的基本概念、系统架构、单机安装与启动
     *   *  一、基本概念
         *   *  1、消息（Message）
             *  2、主题（Topic）
             *  3、标签（Tag）
             *  4、队列（Queue）
             *  5、消息标识（MessageId/Key）
         *  二、系统架构
         *   *  RocketMQ架构上主要分为四部分构成：
             *  1、Producer
             *  2、Consumer
             *  3、Name Server
             *   *  功能介绍
                 *  路由注册
                 *  路由剔除
                 *  路由发现
                 *  客户端NameServer选择策略
             *  4、Broker
             *   *  功能介绍
                 *  模块构成
                 *  集群部署
             *  5、工作流程
             *   *  具体流程
                 *  Topic的创建模式
                 *  读/写队列
         *  三、单机安装与启动
         *   *  1、准备工作
             *  软硬件需求
             *   *  系统要求是64位的，JDK要求是1.8及其以上版本的。
             *  下载RocketMQ安装包
             *  2、修改初始内存
             *   *  修改runserver.sh
                 *  修改runbroker.sh
             *  3、启动
             *   *  启动NameServer
                 *  启动broker
             *  4、发送/接收消息测试
             *   *  发送消息
                 *  接收消息
                 *  5、关闭Server

#### 一、基本概念 ####

##### 1、消息（Message） #####

消息是指，消息系统所传输信息的物理载体，生产和消费数据的最小单位，每条消息必须属于一个主题。

##### 2、主题（Topic） #####

![在这里插入图片描述][9931718f23cd46f6b3ef9bf3d4e9e443.png_pic_center]

Topic表示一类消息的集合，每个主题包含若干条消息，每条消息只能属于一个主题，是RocketMQ进行  
消息订阅的基本单位。 topic:message 1:n message:topic 1:1

一个生产者可以同时发送多种Topic的消息；而一个消费者只对某种特定的Topic感兴趣，即只可以订阅  
和消费一种Topic的消息。 producer:topic 1:n consumer:topic 1:1

##### 3、标签（Tag） #####

为消息设置的标签，用于同一主题下区分不同类型的消息。来自同一业务单元的消息，可以根据不同业  
务目的在同一主题下设置不同标签。标签能够有效地保持代码的清晰度和连贯性，并优化RocketMQ提  
供的查询系统。消费者可以根据Tag实现对不同子主题的不同消费逻辑，实现更好的扩展性。

Topic是消息的一级分类，Tag是消息的二级分类。

Topic：货物

tag=上海

tag=江苏

tag=浙江

\----- 消费者 -----

topic=货物 tag = 上海

topic=货物 tag = 上海|浙江

topic=货物 tag = \*

##### 4、队列（Queue） #####

存储消息的物理实体。一个Topic中可以包含多个Queue，每个Queue中存放的就是该Topic的消息。一  
个Topic的Queue也被称为一个Topic中消息的分区（Partition）。

一个Topic的Queue中的消息只能被一个消费者组中的一个消费者消费。一个Queue中的消息不允许同  
一个消费者组中的多个消费者同时消费。  
![在这里插入图片描述][311b355db9364a44813ca21e72a75461.png_pic_center]

在学习参考其它相关资料时，还会看到一个概念：分片（Sharding）。分片不同于分区。在RocketMQ  
中，分片指的是存放相应Topic的Broker。每个分片中会创建出相应数量的分区，即Queue，每个  
Queue的大小都是相同的。

![在这里插入图片描述][9b037534d24f40958a29a9e318a3555f.png_pic_center]

##### 5、消息标识（MessageId/Key） #####

RocketMQ中每个消息拥有唯一的MessageId，且可以携带具有业务标识的Key，以方便对消息的查询。  
不过需要注意的是，MessageId有两个：在生产者send()消息时会自动生成一个MessageId（msgId)，  
当消息到达Broker后，Broker也会自动生成一个MessageId(offsetMsgId)。msgId、offsetMsgId与key都  
称为消息标识。

1.  msgId：由producer端生成，其生成规则为：
    
    1.  **producerIp + 进程pid + MessageClientIDSetter类的ClassLoader的hashCode +**  
        **当前时间 + AutomicInteger自增计数器**
2.  offsetMsgId：由broker端生成，其生成规则为：
    
    1.  **brokerIp + 物理分区的offset（Queue中的**  
        **偏移量）**
3.  key：由用户指定的业务相关的唯一标识

#### 二、系统架构 ####

![在这里插入图片描述][ae2ab9317a364fff854f1025e31ca289.png_pic_center]

##### RocketMQ架构上主要分为四部分构成： #####

##### 1、Producer #####

消息生产者，负责生产消息。Producer通过MQ的负载均衡模块选择相应的Broker集群队列进行消息投  
递，投递的过程支持快速失败并且低延迟。

> 例如，业务系统产生的日志写入到MQ的过程，就是消息生产的过程
> 
> 再如，电商平台中用户提交的秒杀请求写入到MQ的过程，就是消息生产的过程

RocketMQ中的消息生产者都是以生产者组（Producer Group）的形式出现的。生产者组是同一类生产  
者的集合，这类Producer发送相同Topic类型的消息。一个生产者组可以同时发送多个主题的消息。

##### 2、Consumer #####

消息消费者，负责消费消息。一个消息消费者会从Broker服务器中获取到消息，并对消息进行相关业务  
处理。

> 例如，QoS系统从MQ中读取日志，并对日志进行解析处理的过程就是消息消费的过程。
> 
> 再如，电商平台的业务系统从MQ中读取到秒杀请求，并对请求进行处理的过程就是消息消费的  
> 过程。

RocketMQ中的消息消费者都是以消费者组（Consumer Group）的形式出现的。消费者组是同一类消  
费者的集合，这类Consumer消费的是同一个Topic类型的消息。消费者组使得在消息消费方面，实现  
**负载均衡**（将一个Topic中的不同的Queue平均分配给同一个Consumer Group的不同的Consumer，注  
意，并不是将消息负载均衡）和**容错**（一个Consmer挂了，该Consumer Group中的其它Consumer可  
以接着消费原Consumer消费的Queue）的目标变得非常容易。

![在这里插入图片描述][6cd5effa185f4634b46ac53e339374ca.png_pic_center]

消费者组中Consumer的数量应该小于等于订阅Topic的Queue数量。如果超出Queue数量，则多出的  
Consumer将不能消费消息。

![在这里插入图片描述][6cc6a1a63c08446e81f3aa92b23b3330.png_pic_center]

不过，一个Topic类型的消息可以被多个消费者组同时消费。

> 注意：
> 
> 1）消费者组只能消费一个Topic的消息，不能同时消费多个Topic消息
> 
> 2）一个消费者组中的消费者必须订阅完全相同的Topic

##### 3、Name Server #####

###### 功能介绍 ######

NameServer是一个Broker与Topic路由的注册中心，支持Broker的动态注册与发现。

RocketMQ的思想来自于Kafka，而Kafka是依赖了Zookeeper的。所以，在RocketMQ的早期版本，即在  
MetaQ v1.0与v2.0版本中，也是依赖于Zookeeper的。从MetaQ v3.0，即RocketMQ开始去掉了  
Zookeeper依赖，使用了自己的NameServer。

主要包括两个功能：

*  **Broker管理**：接受Broker集群的注册信息并且保存下来作为路由信息的基本数据；提供心跳检测  
    机制，检查Broker是否还存活。
 *  **路由信息管理**：每个NameServer中都保存着Broker集群的整个路由信息和用于客户端查询的队列  
    信息。Producer和Conumser通过NameServer可以获取整个Broker集群的路由信息，从而进行消  
    息的投递和消费。

###### 路由注册 ######

NameServer通常也是以集群的方式部署，不过，NameServer是无状态的，即NameServer集群中的各  
个节点间是无差异的，各节点间相互不进行信息通讯。那各节点中的数据是如何进行数据同步的呢？在  
Broker节点启动时，轮询NameServer列表，与每个NameServer节点建立长连接，发起注册请求。在  
NameServer内部维护着⼀个Broker列表，用来动态存储Broker的信息。

> 注意，这是与其它像zk、Eureka、Nacos等注册中心不同的地方。
> 
> 这种NameServer的无状态方式，有什么优缺点：
> 
> 优点：NameServer集群搭建简单，扩容简单。
> 
> 缺点：对于Broker，必须明确指出所有NameServer地址。否则未指出的将不会去注册。也正因  
> 为如此，NameServer并不能随便扩容。因为，若Broker不重新配置，新增的NameServer对于  
> Broker来说是不可见的，其不会向这个NameServer进行注册。

Broker节点为了证明自己是活着的，为了维护与NameServer间的长连接，会将最新的信息以心跳包的  
方式上报给NameServer，每30秒发送一次心跳。心跳包中包含 BrokerId、Broker地址(IP+Port)、  
Broker名称、Broker所属集群名称等等。NameServer在接收到心跳包后，会更新心跳时间戳，记录这  
个Broker的最新存活时间。

###### 路由剔除 ######

由于Broker关机、宕机或网络抖动等原因，NameServer没有收到Broker的心跳，NameServer可能会将  
其从Broker列表中剔除。

NameServer中有一个定时任务，每隔10秒就会扫描一次Broker表，查看每一个Broker的最新心跳时间  
戳距离当前时间是否超过120秒，如果超过，则会判定Broker失效，然后将其从Broker列表中剔除。

> 扩展：对于RocketMQ日常运维工作，例如Broker升级，需要停掉Broker的工作。OP需要怎么  
> 做？
> 
> OP需要将Broker的读写权限禁掉。一旦client(Consumer或Producer)向broker发送请求，都会收  
> 到broker的NO\_PERMISSION响应，然后client会进行对其它Broker的重试。
> 
> 当OP观察到这个Broker没有流量后，再关闭它，实现Broker从NameServer的移除。
> 
> OP：运维工程师
> 
> SRE：Site Reliability Engineer，现场可靠性工程师

###### 路由发现 ######

RocketMQ的路由发现采用的是Pull模型。当Topic路由信息出现变化时，NameServer不会主动推送给  
客户端，而是客户端定时拉取主题最新的路由。默认客户端每30秒会拉取一次最新的路由。

> 扩展：
> 
> 1）Push模型：推送模型。其实时性较好，是一个“发布-订阅”模型，需要维护一个长连接。而  
> 长连接的维护是需要资源成本的。该模型适合于的场景：
> 
>  *  实时性要求较高
>  *  Client数量不多，Server数据变化频繁
> 
> 2）Pull模型：拉取模型。存在的问题是，实时性较差。
> 
> 3）Long Polling模型：长轮询模型。其是对Push与Pull模型的整合，充分利用了这两种模型的优  
> 势，屏蔽了它们的劣势。

###### 客户端NameServer选择策略 ######

> 这里的客户端指的是Producer与Consumer

客户端在配置时必须要写上NameServer集群的地址，那么客户端到底连接的是哪个NameServer节点  
呢？客户端首先会生产一个随机数，然后再与NameServer节点数量取模，此时得到的就是所要连接的  
节点索引，然后就会进行连接。如果连接失败，则会采用round-robin策略，逐个尝试着去连接其它节  
点。

首先采用的是**随机策略**进行的选择，失败后采用的是**轮询策略**。

> 扩展：Zookeeper Client是如何选择Zookeeper Server的？
> 
> 简单来说就是，经过两次Shuf?e，然后选择第一台Zookeeper Server。
> 
> 详细说就是，将配置文件中的zk server地址进行第一次shuf?e，然后随机选择一个。这个选择出  
> 的一般都是一个hostname。然后获取到该hostname对应的所有ip，再对这些ip进行第二次  
> shuf?e，从shuf?e过的结果中取第一个server地址进行连接。

##### 4、Broker #####

###### 功能介绍 ######

Broker充当着消息中转角色，负责存储消息、转发消息。Broker在RocketMQ系统中负责接收并存储从  
生产者发送来的消息，同时为消费者的拉取请求作准备。Broker同时也存储着消息相关的元数据，包括  
消费者组消费进度偏移offset、主题、队列等。

> 0.8版本之后，offset是存放在Broker中的，之前版本是存放在Zookeeper中的。

###### 模块构成 ######

下图为Broker Server的功能模块示意图。

![在这里插入图片描述][458eb98294214eed82c2c280f000acde.png_pic_center]

**Remoting Module**：整个Broker的实体，负责处理来自clients端的请求。而这个Broker实体则由以下模  
块构成。

**Client Manager**：客户端管理器。负责接收、解析客户端(Producer/Consumer)请求，管理客户端。例  
如，维护Consumer的Topic订阅信息

**Store Service**：存储服务。提供方便简单的API接口，处理**消息存储到物理硬盘**和**消息查询**功能。  
**HA Service**：高可用服务，提供Master Broker 和 Slave Broker之间的数据同步功能。  
**Index Service**：索引服务。根据特定的Message key，对投递到Broker的消息进行索引服务，同时也提  
供根据Message Key对消息进行快速查询的功能。

###### 集群部署 ######

![在这里插入图片描述][40fc66b4273c4ebab36f5123122e4d36.png_pic_center]

为了增强Broker性能与吞吐量，Broker一般都是以集群形式出现的。各集群节点中可能存放着相同  
Topic的不同Queue。不过，这里有个问题，如果某Broker节点宕机，如何保证数据不丢失呢？其解决  
方案是，将每个Broker集群节点进行横向扩展，即将Broker节点再建为一个HA集群，解决单点问题。

Broker节点集群是一个主从集群，即集群中具有Master与Slave两种角色。Master负责处理读写操作请  
求，Slave负责对Master中的数据进行备份。当Master挂掉了，Slave则会自动切换为Master去工作。所  
以这个Broker集群是主备集群。一个Master可以包含多个Slave，但一个Slave只能隶属于一个Master。  
Master与Slave 的对应关系是通过指定相同的BrokerName、不同的BrokerId 来确定的。BrokerId为0表  
示Master，非0表示Slave。每个Broker与NameServer集群中的所有节点建立长连接，定时注册Topic信  
息到所有NameServer。

##### 5、工作流程 #####

###### 具体流程 ######

1）启动NameServer，NameServer启动后开始监听端口，等待Broker、Producer、Consumer连接。

2）启动Broker时，Broker会与所有的NameServer建立并保持长连接，然后每30秒向NameServer定时  
发送心跳包。

3）发送消息前，可以先创建Topic，创建Topic时需要指定该Topic要存储在哪些Broker上，当然，在创  
建Topic时也会将Topic与Broker的关系写入到NameServer中。不过，这步是可选的，也可以在发送消  
息时自动创建Topic。

4）Producer发送消息，启动时先跟NameServer集群中的其中一台建立长连接，并从NameServer中获  
取路由信息，即当前发送的Topic消息的Queue与Broker的地址（IP+Port）的映射关系。然后根据算法  
策略从队选择一个Queue，与队列所在的Broker建立长连接从而向Broker发消息。当然，在获取到路由  
信息后，Producer会首先将路由信息缓存到本地，再每30秒从NameServer更新一次路由信息。

5）Consumer跟Producer类似，跟其中一台NameServer建立长连接，获取其所订阅Topic的路由信息，  
然后根据算法策略从路由信息中获取到其所要消费的Queue，然后直接跟Broker建立长连接，开始消费  
其中的消息。Consumer在获取到路由信息后，同样也会每30秒从NameServer更新一次路由信息。不过  
不同于Producer的是，Consumer还会向Broker发送心跳，以确保Broker的存活状态。

###### Topic的创建模式 ######

手动创建Topic时，有两种模式：

*  集群模式：该模式下创建的Topic在该集群中，所有Broker中的Queue数量是相同的。
 *  Broker模式：该模式下创建的Topic在该集群中，每个Broker中的Queue数量可以不同。

自动创建Topic时，默认采用的是Broker模式，会为每个Broker默认创建4个Queue。

###### 读/写队列 ######

从物理上来讲，读/写队列是同一个队列。所以，不存在读/写队列数据同步问题。读/写队列是逻辑上进  
行区分的概念。一般情况下，读/写队列数量是相同的。

例如，创建Topic时设置的写队列数量为8，读队列数量为4，此时系统会创建8个Queue，分别是0 1 2 3  
4 5 6 7。Producer会将消息写入到这8个队列，但Consumer只会消费0 1 2 3这4个队列中的消息，4 5 6  
7中的消息是不会被消费到的。

再如，创建Topic时设置的写队列数量为4，读队列数量为8，此时系统会创建8个Queue，分别是0 1 2 3  
4 5 6 7。Producer会将消息写入到0 1 2 3 这4个队列，但Consumer只会消费0 1 2 3 4 5 6 7这8个队列中  
的消息，但是4 5 6 7中是没有消息的。此时假设Consumer Group中包含两个Consuer，Consumer1消  
费0 1 2 3，而Consumer2消费4 5 6 7。但实际情况是，Consumer2是没有消息可消费的。

也就是说，当读/写队列数量设置不同时，总是有问题的。那么，为什么要这样设计呢？

其这样设计的目的是为了，方便Topic的Queue的缩容。

例如，原来创建的Topic中包含16个Queue，如何能够使其Queue缩容为8个，还不会丢失消息？可以动  
态修改写队列数量为8，读队列数量不变。此时新的消息只能写入到前8个队列，而消费都消费的却是  
16个队列中的数据。当发现后8个Queue中的消息消费完毕后，就可以再将读队列数量动态设置为8。整  
个缩容过程，没有丢失任何消息。

perm用于设置对当前创建Topic的操作权限：2表示只写，4表示只读，6表示读写。

#### 三、单机安装与启动 ####

##### 1、准备工作 #####

##### 软硬件需求 #####

###### 系统要求是64位的，JDK要求是1.8及其以上版本的。 ######

![在这里插入图片描述][dbee63ab9e9a42d9b86ccd3dee19bb98.png_pic_center]

##### 下载RocketMQ安装包 #####

![在这里插入图片描述][2858a237cc4a4527a63e7e6dac69f226.png_pic_center]  
![在这里插入图片描述][b194a6da0c9e4efda30c4ccb3200ac24.png_pic_center]

将下载的安装包上传到Linux。

![在这里插入图片描述][2790eb143a8e4f328e54b03ba013c172.png_pic_center]

解压  
![在这里插入图片描述][8cf326d71c1e4dee8c9b56639b3666fd.png_pic_center]

##### 2、修改初始内存 #####

###### 修改runserver.sh ######

使用vim命令打开bin/runserver.sh文件。现将这些值修改为如下：

![在这里插入图片描述][2e382ceb4f3248a78c2559689669ddbd.png_pic_center]

###### 修改runbroker.sh ######

使用vim命令打开bin/runbroker.sh文件。现将这些值修改为如下：

![在这里插入图片描述][b82b4bec74c640faaf7a8c94cd77fc0f.png_pic_center]

##### 3、启动 #####

###### 启动NameServer ######

nohup sh bin/mqnamesrv &
    tail -f ~/logs/rocketmqlogs/namesrv.log

![在这里插入图片描述][664586d232d04408bcf15b87fe3a1a47.png_pic_center]

###### 启动broker ######

nohup sh bin/mqbroker -n localhost:9876 &
    tail -f ~/logs/rocketmqlogs/broker.log

![在这里插入图片描述][349a94cfa524490da4e5a394f31dfdb9.png_pic_center]

##### 4、发送/接收消息测试 #####

###### 发送消息 ######

export NAMESRV_ADDR=localhost:9876
    sh bin/tools.sh org.apache.rocketmq.example.quickstart.Producer

![在这里插入图片描述][64c1a2d13fd54bac8d1be9dfc43923a2.png_pic_center]

###### 接收消息 ######

sh bin/tools.sh org.apache.rocketmq.example.quickstart.Consumer

![在这里插入图片描述][7f63d2a53a024218a24c8ad29843a502.png_pic_center]

###### 5、关闭Server ######

无论是关闭name server还是broker，都是使用bin/mqshutdown命令。

[root@localhost rocketmq-all-4.8.0-bin-release]# sh bin/mqshutdown broker
    The mqbroker(124172) is running...
    Send shutdown request to mqbroker(124172) OK

[root@localhost rocketmq-all-4.8.0-bin-release]# sh bin/mqshutdown namesrv
    The mqnamesrv(124075) is running...
    Send shutdown request to mqnamesrv(124075) OK
    [2]+  退出 143              nohup sh bin/mqbroker -n localhost:9876

[9931718f23cd46f6b3ef9bf3d4e9e443.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/5a1adb72fccb47159803631f03ddd321.png
[311b355db9364a44813ca21e72a75461.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/148a9962b0d944dfa0a41f9fdada25d4.png
[9b037534d24f40958a29a9e318a3555f.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/ffb2c17f5f614982b35794ae2c5256df.png
[ae2ab9317a364fff854f1025e31ca289.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/9cd229d6e7394125a61444bb1135fafa.png
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[6cc6a1a63c08446e81f3aa92b23b3330.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/fd24bbc7462c4bf988fedfa03bf52eec.png
[458eb98294214eed82c2c280f000acde.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/923f0dbadbd94c4d88a8ad250ec1077c.png
[40fc66b4273c4ebab36f5123122e4d36.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/a839f70472124da48895cdd980bfaa0e.png
[dbee63ab9e9a42d9b86ccd3dee19bb98.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/3ba8767bc419486b9686034b937d47c7.png
[2858a237cc4a4527a63e7e6dac69f226.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/58fea9a6bba3432eb7e07320f591e9bf.png
[b194a6da0c9e4efda30c4ccb3200ac24.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/8175393de1c143ddb2b4b8b3ee78046b.png
[2790eb143a8e4f328e54b03ba013c172.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/7242e0048ed54d1a8def33b77bac55f4.png
[8cf326d71c1e4dee8c9b56639b3666fd.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/1c016bd9aef24530a1277a270a12654f.png
[2e382ceb4f3248a78c2559689669ddbd.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/eab67615271a479bbdb7385481794de2.png
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