一、AMQP 是什么
AMQP(Advanced Message Queuing Protocol,高级消息队列协议)是一个进程间传递异步消息的网络协议。
二、AMQP模型
工作过程
发布者(Publisher)发布消息(Message),经由交换机(Exchange)。
交换机根据路由规则将收到的消息分发给与该交换机绑定的队列(Queue)。
最后 AMQP 代理会将消息投递给订阅了此队列的消费者,或者消费者按照需求自行获取。
深入理解
1、发布者、交换机、队列、消费者都可以有多个。同时因为 AMQP 是一个网络协议,所以这个过程中的发布者,消费者,消息代理 可以分别存在于不同的设备上。
2、发布者发布消息时可以给消息指定各种消息属性(Message Meta-data)。有些属性有可能会被消息代理(Brokers)使用,然而其他的属性则是完全不透明的,它们只能被接收消息的应用所使用。
3、从安全角度考虑,网络是不可靠的,又或是消费者在处理消息的过程中意外挂掉,这样没有处理成功的消息就会丢失。基于此原因,AMQP 模块包含了一个消息确认(Message Acknowledgements)机制:当一个消息从队列中投递给消费者后,不会立即从队列中删除,直到它收到来自消费者的确认回执(Acknowledgement)后,才完全从队列中删除。
4、在某些情况下,例如当一个消息无法被成功路由时(无法从交换机分发到队列),消息或许会被返回给发布者并被丢弃。或者,如果消息代理执行了延期操作,消息会被放入一个所谓的死信队列中。此时,消息发布者可以选择某些参数来处理这些特殊情况。
三、Exchange交换机
交换机是用来发送消息的 AMQP 实体。
交换机拿到一个消息之后将它路由给一个或零个队列。
它使用哪种路由算法是由交换机类型和绑定(Bindings)规则所决定的。
AMQP 0-9-1 的代理提供了四种交换机:
交换机可以有两个状态:持久(durable)、暂存(transient)。
持久化的交换机会在消息代理(broker)重启后依旧存在,而暂存的交换机则不会(它们需要在代理再次上线后重新被声明)。
并不是所有的应用场景都需要持久化的交换机。
默认交换机
默认交换机(default exchange)实际上是一个由消息代理预先声明好的没有名字(名字为空字符串)的直连交换机(direct exchange)。
它有一个特殊的属性使得它对于简单应用特别有用处:那就是每个新建队列(queue)都会自动绑定到默认交换机上,绑定的路由键(routing key)名称与队列名称相同。
举个栗子:当你声明了一个名为 “search-indexing-online” 的队列,AMQP 代理会自动将其绑定到默认交换机上,绑定(binding)的路由键名称也是为 “search-indexing-online”。因此,当携带着名为 “search-indexing-online” 的路由键的消息被发送到默认交换机的时候,此消息会被默认交换机路由至名为 “search-indexing-online” 的队列中。换句话说,默认交换机看起来貌似能够直接将消息投递给队列,尽管技术上并没有做相关的操作。
直连交换机
直连型交换机(direct exchange)是根据消息携带的路由键(routing key)将消息投递给对应绑定键的队列。直连交换机用来处理消息的单播路由(unicast routing)(尽管它也可以处理多播路由)。下边介绍它是如何工作的:
1)将一个队列绑定到某个交换机上时,赋予该绑定一个绑定键(Binding Key),假设为R;
2)当一个携带着路由键(Routing Key)为R的消息被发送给直连交换机时,交换机会把它路由给绑定键为R的队列。
直连交换机的队列通常是循环分发任务给多个消费者(我们称之为轮询)。比如说有3个消费者,4个任务。分别分发每个消费者一个任务后,第4个任务又分发给了第一个消费者。综上,我们很容易得出一个结论,在 AMQP 0-9-1 中,消息的负载均衡是发生在消费者(consumer)之间的,而不是队列(queue)之间。
直连型交换机图例:
当生产者(P)发送消息时 Rotuing key=booking 时,这时候将消息传送给 Exchange,Exchange 获取到生产者发送过来消息后,会根据自身的规则进行与匹配相应的 Queue,这时发现 Queue1 和 Queue2 都符合,就会将消息传送给这两个队列。
如果我们以 Rotuing key=create 和 Rotuing key=confirm 发送消息时,这时消息只会被推送到 Queue2 队列中,其他 Routing Key 的消息将会被丢弃。
扇型交换机
扇型交换机(funout exchange)将消息路由给绑定到它身上的所有队列,而不理会绑定的路由键。如果 N 个队列绑定到某个扇型交换机上,当有消息发送给此扇型交换机时,交换机会将消息的拷贝分别发送给这所有的 N 个队列。扇型用来交换机处理消息的广播路由(broadcast routing)。
因为扇型交换机投递消息的拷贝到所有绑定到它的队列,所以他的应用案例都极其相似:
- 大规模多用户在线(MMO)游戏可以使用它来处理排行榜更新等全局事件
- 体育新闻网站可以用它来近乎实时地将比分更新分发给移动客户端
- 分发系统使用它来广播各种状态和配置更新
- 在群聊的时候,它被用来分发消息给参与群聊的用户。(AMQP 没有内置 presence 的概念,因此 XMPP 可能会是个更好的选择)
扇型交换机图例:
上图所示,生产者(P)生产消息 1 将消息 1 推送到 Exchange,由于 Exchange Type=fanout 这时候会遵循 fanout 的规则将消息推送到所有与它绑定 Queue,也就是图上的两个 Queue 最后两个消费者消费。
主题交换机
前面提到的 direct 规则是严格意义上的匹配,换言之 Routing Key 必须与 Binding Key 相匹配的时候才将消息传送给 Queue.
而Topic 的路由规则是一种模糊匹配,可以通过通配符满足一部分规则就可以传送。
它的约定是:
1)binding key 中可以存在两种特殊字符 “” 与“#”,用于做模糊匹配,其中 “” 用于匹配一个单词,“#”用于匹配多个单词(可以是零个)
2)routing key 为一个句点号 “.” 分隔的字符串(我们将被句点号 “. ” 分隔开的每一段独立的字符串称为一个单词),如“stock.usd.nyse”、“nyse.vmw”、“quick.orange.rabbit”
binding key 与 routing key 一样也是句点号 “.” 分隔的字符串
主题交换机图例:
当生产者发送消息 Routing Key=F.C.E 的时候,这时候只满足 Queue1,所以会被路由到 Queue 中,如果 Routing Key=A.C.E 这时候会被同是路由到 Queue1 和 Queue2 中,如果 Routing Key=A.F.B 时,这里只会发送一条消息到 Queue2 中。
主题交换机拥有非常广泛的用户案例。无论何时,当一个问题涉及到那些想要有针对性的选择需要接收消息的 多消费者 / 多应用(multiple consumers/applications) 的时候,主题交换机都可以被列入考虑范围。
使用案例:
- 分发有关于特定地理位置的数据,例如销售点
- 由多个工作者(workers)完成的后台任务,每个工作者负责处理某些特定的任务
- 股票价格更新(以及其他类型的金融数据更新)
- 涉及到分类或者标签的新闻更新(例如,针对特定的运动项目或者队伍)
- 云端的不同种类服务的协调
- 分布式架构 / 基于系统的软件封装,其中每个构建者仅能处理一个特定的架构或者系统。
头交换机
headers 类型的 Exchange 不依赖于 routing key 与 binding key 的匹配规则来路由消息,而是根据发送的消息内容中的 headers 属性进行匹配。
头交换机可以视为直连交换机的另一种表现形式。但直连交换机的路由键必须是一个字符串,而头属性值则没有这个约束,它们甚至可以是整数或者哈希值(字典)等。灵活性更强(但实际上我们很少用到头交换机)。工作流程:
1)绑定一个队列到头交换机上时,会同时绑定多个用于匹配的头(header)。
2)传来的消息会携带header,以及会有一个 “x-match” 参数。当 “x-match” 设置为 “any” 时,消息头的任意一个值被匹配就可以满足条件,而当 “x-match” 设置为 “all” 的时候,就需要消息头的所有值都匹配成功。