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RabbitMQ(二) | 消息可靠性(消息确认机制、消息持久化、消息重试机制)_消息的确认和消息的可靠性的区别

消息的确认和消息的可靠性的区别


接上一篇:RabbitMQ(一) | MQ技术对比,以及对RabbitMQ五种消息模型的使用


消息可靠性

在这里插入图片描述
消息从发送,到消费者接收,会经历多个过程:
其中的每一步都可能导致消息丢失,常见的丢失原因包括:

  • 发送时丢失:
    • 生产者发送的消息未送达exchange
    • 消息到达exchange后未到达queue
  • MQ宕机,queue将消息丢失
  • consumer接收到消息后未消费就宕机

针对这些问题,RabbitMQ分别给出了解决方案:

  • 生产者确认机制
  • mq持久化
  • 消费者确认机制
  • 失败重试机制

1.生产者消息确认

RabbitMQ提供了publisher confirm机制来避免消息发送到MQ过程中丢失。这种机制必须给每个消息指定一个唯一ID。消息发送到MQ以后,会返回一个结果给发送者,表示消息是否处理成功。

返回结果有两种方式:

  • publisher-confirm,发送者确认
    • 消息成功投递到交换机,返回ack
    • 消息未投递到交换机,返回nack
  • publisher-return,发送者回执
    • 消息投递到交换机了,但是没有路由到队列。返回ACK,及路由失败原因。
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1.1.修改配置

首先,修改publisher服务中的application.yml文件,添加下面的内容:

spring:
  rabbitmq:
    publisher-confirm-type: correlated
    publisher-returns: true
    template:
      mandatory: true
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说明:

  • publish-confirm-type:开启publisher-confirm,这里支持两种类型:
    • simple:同步等待confirm结果,直到超时
    • correlated:异步回调,定义ConfirmCallback,MQ返回结果时会回调这个ConfirmCallback
  • publish-returns:开启publish-return功能,同样是基于callback机制,不过是定义ReturnCallback
  • template.mandatory:定义消息路由失败时的策略。true,则调用ReturnCallback;false:则直接丢弃消息

1.2.定义Return回调

每个RabbitTemplate只能配置一个ReturnCallback,因此需要在项目加载时配置:

修改publisher服务,在config文件目录下添加一个CommonConfig 类(自行创建):

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.amqp.rabbit.core.RabbitTemplate;
import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.ApplicationContextAware;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Slf4j
@Configuration
public class CommonConfig implements ApplicationContextAware {
    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        // 获取RabbitTemplate
        RabbitTemplate rabbitTemplate = applicationContext.getBean(RabbitTemplate.class);
        // 设置ReturnCallback
        rabbitTemplate.setReturnCallback((message, replyCode, replyText, exchange, routingKey) -> {
            // 投递失败,记录日志
            log.error("消息发送失败,应答码{},原因{},交换机{},路由键{},消息{}",
                     replyCode, replyText, exchange, routingKey, message.toString());
            // 如果有业务需要,可以重发消息
        });
    }
}
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1.3.定义ConfirmCallback

ConfirmCallback可以在发送消息时指定,因为每个业务处理confirm成功或失败的逻辑不一定相同。

在publisher服务的cn.huangtu.mq.spring.SpringAmqpTest类中,定义一个单元测试方法:

public void testSendMessage2SimpleQueue() throws InterruptedException {
    // 1.消息体
    String message = "hello, spring amqp!";
    // 2.全局唯一的消息ID,需要封装到CorrelationData中
    CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());
    // 3.添加callback
    correlationData.getFuture().addCallback(
        result -> {
            if(result.isAck()){
                // 3.1.ack,消息成功
                log.debug("消息发送成功, ID:{}", correlationData.getId());
            }else{
                // 3.2.nack,消息失败
                log.error("消息发送失败, ID:{}, 原因{}",correlationData.getId(), result.getReason());
            }
        },
        ex -> log.error("消息发送异常, ID:{}, 原因{}",correlationData.getId(),ex.getMessage())
    );
    // 4.发送消息
    rabbitTemplate.convertAndSend("task.direct", "task", message, correlationData);

    // 休眠一会儿,等待ack回执
    Thread.sleep(2000);
}
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2.消息持久化

生产者确认可以确保消息投递到RabbitMQ的队列中,但是消息发送到RabbitMQ以后,如果突然宕机,也可能导致消息丢失。

要想确保消息在RabbitMQ中安全保存,必须开启消息持久化机制。

  • 交换机持久化
  • 队列持久化
  • 消息持久化

2.1.交换机持久化

在consumer服务中也定义一个CommonConfig类,完整代码如下:

import org.springframework.amqp.core.*;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class CommonConfig {
    @Bean
    public DirectExchange simpleDirect(){
        return new DirectExchange("simple.direct", true, false);
    }
    @Bean
    public Queue simpleQueue(){
        return QueueBuilder.durable("simple.queue").build();
    }
    @Bean
    public Binding simpleMessageBinding(){
        return BindingBuilder.bind(simpleQueue()).to(simpleDirect()).with("simple");
    }
}
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RabbitMQ中交换机默认是非持久化的,mq重启后就丢失。

SpringAMQP中可以通过代码指定交换机持久化:

@Bean
public DirectExchange simpleExchange(){
    // 三个参数:交换机名称、是否持久化、当没有queue与其绑定时是否自动删除
    return new DirectExchange("simple.direct", true, false);
}
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事实上,默认情况下,由SpringAMQP声明的交换机都是持久化的。

可以在RabbitMQ控制台看到持久化的交换机都会带上D的标示:
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2.2.队列持久化

RabbitMQ中队列默认是非持久化的,mq重启后就丢失。

SpringAMQP中可以通过代码指定交换机持久化:

@Bean
public Queue simpleQueue(){
    // 使用QueueBuilder构建队列,durable就是持久化的
    return QueueBuilder.durable("simple.queue").build();
}
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事实上,默认情况下,由SpringAMQP声明的队列都是持久化的。

可以在RabbitMQ控制台看到持久化的队列都会带上D的标示:
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2.3.消息持久化

利用SpringAMQP发送消息时,可以设置消息的属性(MessageProperties),指定delivery-mode:

  • 1:非持久化
  • 2:持久化(MessageDeliveryMode.PERSISTENT)

在SpringAmqpTest类中指定:

@Test
public void testDurableMessage() {
    // 1.准备消息
    Message message = MessageBuilder.withBody("hello, rabbitmq".getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
            .setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.PERSISTENT)
            .build();
    // 2.消息ID,封装到CorrelationData中
    CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());
    // 3.发送消息
    rabbitTemplate.convertAndSend("simple.queue", message, correlationData);

    log.info("发送消息成功");
}
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默认情况下,SpringAMQP发出的任何消息都是持久化的,不用特意指定。


3.消费者消息确认

RabbitMQ是阅后即焚机制,RabbitMQ确认消息被消费者消费后会立刻删除。

而RabbitMQ是通过消费者回执来确认消费者是否成功处理消息的:消费者获取消息后,应该向RabbitMQ发送ACK回执,表明自己已经处理消息。

设想这样的场景:

  • 1)RabbitMQ投递消息给消费者
  • 2)消费者获取消息后,返回ACK给RabbitMQ
  • 3)RabbitMQ删除消息
  • 4)消费者宕机,消息尚未处理

这样,消息就丢失了。因此消费者返回ACK的时机非常重要。

而SpringAMQP则允许配置三种确认模式:

• manual:手动ack,需要在业务代码结束后,调用api发送ack。
• auto:自动ack,由spring监测listener代码是否出现异常,没有异常则返回ack;抛出异常则返回nack
• none:关闭ack,MQ假定消费者获取消息后会成功处理,因此消息投递后立即被删除

由此可知:

  • none模式下,消息投递是不可靠的,可能丢失
  • auto模式类似事务机制,出现异常时返回nack,消息回滚到mq;没有异常,返回ack
  • manual:自己根据业务情况,判断什么时候该ack

一般,我们都是使用默认的auto即可。


3.1.演示none模式

修改consumer服务的application.yml文件,添加下面内容:

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        acknowledge-mode: none # none:关闭ack  auto:自动ack  manual:手动ack
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修改consumer服务的SpringRabbitListener类中的方法,模拟一个消息处理异常:

@RabbitListener(queues = "simple.queue")
public void listenSimpleQueue(String msg) {
    log.info("消费者接收到simple.queue的消息:【{}】", msg);
    // 模拟异常
    System.out.println(1 / 0);
    log.debug("消息处理完成!");
}
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测试可以发现,当消息处理抛异常时,消息依然被RabbitMQ删除了。


3.2.演示auto模式

再次把确认机制修改为auto:

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        acknowledge-mode: auto # none:关闭ack  auto:自动ack  manual:手动ack
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在异常位置打断点,再次发送消息,程序卡在断点时,可以发现此时消息状态为unack(未确定状态):
在这里插入图片描述
抛出异常后,因为Spring会自动返回nack,所以消息恢复至Ready状态,并且没有被RabbitMQ删除:
在这里插入图片描述


3.3.演示manual模式(手动ack)

手动应答:(注意这里使用的Channel是com.rabbitmq.client.Channel包下的,如果用amqp包下的会行不通

  • Channel.basicAck(deliveryTag, false)(用于肯定确认):RabbitMQ 已知道该消息成功被处理,可以将其丢弃了。
    basic.ack方法为确认deliveryTag对应的消息,第二个参数是否确认多个消息

  • channel.basicNack(deliveryTag, false, true)(用于否定确认):
    basic.nack方法为不确认deliveryTag对应的消息,第二个参数是否确认多个消息,第三个参数是否requeue,与basic.reject区别就是同时支持多个消息,可以nack该消费者先前接收未ack的所有消息。nack后的消息也会被自己消费到。

  • channel.basicReject(deliveryTag, true)(用于否定确认):与 Channel.basicNack 相比少一个参数,不处理该消息了直接拒绝,可以将其丢弃了。
    basic.reject方法拒绝deliveryTag对应的消息,第二个参数是否requeue,true则重新入队列,否则丢弃或者进入死信队列。该方法reject后,该消费者还是会消费到该条被reject的消息。

  • channel.basicRecover(true)
    basic.recover是否恢复消息到队列,参数是是否requeue,true则重新入队列,并且尽可能的将之前recover的消息投递给其他消费者消费,而不是自己再次消费。false则消息会重新被投递给自己。


再次把consumer服务的yml文件的确认机制修改为manual :

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        acknowledge-mode: manual # none:关闭ack  auto:自动ack  manual:手动ack
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consumer服务的SpringRabbitListener类中新增listenSimpleQueue2方法

@RabbitListener(queues = "simple.queue")
public void listenSimpleQueue2(String msg, Message message, Channel channel) {
    System.out.println("消费者接收到simple.queue的消息:【" + msg + "】");
    long deliveryTag = message.getMessageProperties().getDeliveryTag();
    try {
        // 在这里做一些操作
        // ....
        // 模拟报错
        // System.out.println(1/0);
        // 手动ack 第一个参数是消息的标记,第二个参数代表是false 代表仅仅确认当前消息,为true表示确认之前所有的消息
        channel.basicAck(deliveryTag, false);
    } catch (Exception e) {
        try {
            // 告诉mq本条消息消费失败,消息重新入队
//                channel.basicNack(deliveryTag, false, true);
            // 告诉mq本条消息消费失败,消息不重新入队,丢弃消息
            channel.basicNack(deliveryTag, false, false);
        } catch (IOException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
    } finally {
        try {
            channel.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (TimeoutException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    log.info("消费者处理消息成功");
}
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在publisher服务的SpringAmqpTest类中新增方法testSendMessageSimpleQueue3:

@Test
public void testSendMessageSimpleQueue3() throws InterruptedException {
    String routingKey = "simple";
    String message = "hello, spring amqp!";
    rabbitTemplate.convertAndSend("simple.direct", routingKey, message);
}
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可根据测试要求放开对应的注释,观察RabbitMQ控制台的消息变化


4.消费失败重试机制

当消费者出现异常后,消息会不断requeue(重入队)到队列,再重新发送给消费者,然后再次异常,再次requeue,无限循环,导致mq的消息处理飙升,带来不必要的压力:
在这里插入图片描述
怎么办呢?


4.1.本地重试

我们可以利用Spring的retry机制,在消费者出现异常时利用本地重试,而不是无限制的requeue到mq队列。
修改consumer服务的application.yml文件,添加内容:

spring:
  rabbitmq:
    listener:
      simple:
        retry:
          enabled: true # 开启消费者失败重试
          initial-interval: 1000 # 初识的失败等待时长为1秒
          multiplier: 1 # 失败的等待时长倍数,下次等待时长 = multiplier * last-interval
          max-attempts: 3 # 最大重试次数
          stateless: true # true无状态;false有状态。如果业务中包含事务,这里改为false
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重启consumer服务,重复之前的测试。可以发现:

  • 在重试3次后,SpringAMQP会抛出异常AmqpRejectAndDontRequeueException,说明本地重试触发了
  • 查看RabbitMQ控制台,发现消息被删除了,说明最后SpringAMQP返回的是ack,mq删除消息了

结论:

  • 开启本地重试时,消息处理过程中抛出异常,不会requeue到队列,而是在消费者本地重试
  • 重试达到最大次数后,Spring会返回ack,消息会被丢弃

4.2.失败策略

在之前的测试中,达到最大重试次数后,消息会被丢弃,这是由Spring内部机制决定的。

在开启重试模式后,重试次数耗尽,如果消息依然失败,则需要有MessageRecovery接口来处理,它包含三种不同的实现:

  • RejectAndDontRequeueRecoverer:重试耗尽后,直接reject,丢弃消息。默认就是这种方式
  • ImmediateRequeueMessageRecoverer:重试耗尽后,返回nack,消息重新入队
  • RepublishMessageRecoverer:重试耗尽后,将失败消息投递到指定的交换机

比较优雅的一种处理方案是RepublishMessageRecoverer,失败后将消息投递到一个指定的,专门存放异常消息的队列,后续由人工集中处理。

1)在consumer服务中定义一个ErrorMessageConfig类处理失败消息的交换机和队列

@Bean
public DirectExchange errorMessageExchange(){
    return new DirectExchange("error.direct");
}
@Bean
public Queue errorQueue(){
    return new Queue("error.queue", true);
}
@Bean
public Binding errorBinding(Queue errorQueue, DirectExchange errorMessageExchange){
    return BindingBuilder.bind(errorQueue).to(errorMessageExchange).with("error");
}
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2)在ErrorMessageConfig类中定义一个RepublishMessageRecoverer方法,关联队列和交换机

@Bean
public MessageRecoverer republishMessageRecoverer(RabbitTemplate rabbitTemplate){
    return new RepublishMessageRecoverer(rabbitTemplate, "error.direct", "error");
}
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完整代码:

import org.springframework.amqp.core.Binding;
import org.springframework.amqp.core.BindingBuilder;
import org.springframework.amqp.core.DirectExchange;
import org.springframework.amqp.core.Queue;
import org.springframework.amqp.rabbit.core.RabbitTemplate;
import org.springframework.amqp.rabbit.retry.MessageRecoverer;
import org.springframework.amqp.rabbit.retry.RepublishMessageRecoverer;
import org.springframework.context.annotation.Bean;

@Configuration
public class ErrorMessageConfig {
    @Bean
    public DirectExchange errorMessageExchange(){
        return new DirectExchange("error.direct");
    }
    @Bean
    public Queue errorQueue(){
        return new Queue("error.queue", true);
    }
    @Bean
    public Binding errorBinding(Queue errorQueue, DirectExchange errorMessageExchange){
        return BindingBuilder.bind(errorQueue).to(errorMessageExchange).with("error");
    }

    @Bean
    public MessageRecoverer republishMessageRecoverer(RabbitTemplate rabbitTemplate){
        return new RepublishMessageRecoverer(rabbitTemplate, "error.direct", "error");
    }
}
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5.总结

如何确保RabbitMQ消息的可靠性?

  • 开启生产者确认机制,确保生产者的消息能到达队列
  • 开启持久化功能,确保消息未消费前在队列中不会丢失
  • 开启消费者确认机制为auto,由spring确认消息处理成功后完成ack
  • 开启消费者失败重试机制,并设置MessageRecoverer,多次重试失败后将消息投递到异常交换机,交由人工处理

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