白话RabbitMQ(二): 任务队列

摘要：任务队列最主要的功能就是解耦高耗时的操作，否则程序会一直等在那里，浪费大量资源。我们将任务封装成一个消息发送给队列，后台的任务进程会得到这个任务并执行它，而且可以配置多个任务进程，进一步加大吞吐率。为了确保消息不丢失，支持消息确认。

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CoolMQ开源项目

我们利用消息队列实现了分布式事务的最终一致性解决方案，请大家围观。可以参考源码：https://github.com/vvsuperman…，项目支持网站: http://rabbitmq.org.cn，最新文章或实现会更新在上面

在第一篇中我们描述了如何最简单的RabbitMQ操作，如何发送、接受消息。在今天这篇文章中我们将描述如何创建一个任务队列，来将高耗时的任务分发到多个消费者，从而提高处理效率。

任务队列最主要的功能就是解耦高耗时的操作，否则程序会一直等在那里，浪费大量资源。反之我们会把这个操作交给队列，让它延后再做。我们将任务封装成一个消息发送给队列，后台的任务进程会得到这个任务并执行它，而且可以配置多个任务进程，进一步加大吞吐率。

特别是对于网络请求，一次短短的HTTP请求是要求迅速响应的，不可能让它一直停顿在高耗时操作上。

在第一章中我们发送了“Hello World!”。现在来完成更复杂一点的，因为这里并没有真正的高耗时操作，比如缩放图像或输出一个pdf。因此我们只是用Thread.sleep()来假装我们很繁忙，而且会用"."来表示需要停顿的秒数，比如一个叫Hello...的任务将停顿3秒钟。

我们简单的更改下Send.java，称之为 NewTask.java.

String message = getMessage(argv);

channel.basicPublish("", "hello", null, message.getBytes());
System.out.println(" [x] Sent "" + message + """);

然后是工具类

private static String getMessage(String[] strings){
    if (strings.length < 1)
        return "Hello World!";
    return joinStrings(strings, " ");
}

private static String joinStrings(String[] strings, String delimiter) {
    int length = strings.length;
    if (length == 0) return "";
    StringBuilder words = new StringBuilder(strings[0]);
    for (int i = 1; i < length; i++) {
        words.append(delimiter).append(strings[i]);
    }
    return words.toString();
}

当然，我们的Recv.java也需要进行一些改造，它需要对每一个"."停顿1秒，Work.java如下

final Consumer consumer = new DefaultConsumer(channel) {
  @Override
  public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, AMQP.BasicProperties properties, byte[] body) throws IOException {
    String message = new String(body, "UTF-8");

    System.out.println(" [x] Received "" + message + """);
    try {
      doWork(message);
    } finally {
      System.out.println(" [x] Done");
    }
  }
};
boolean autoAck = true; // acknowledgment is covered below
channel.basicConsume(TASK_QUEUE_NAME, autoAck, consumer);

private static void doWork(String task) throws InterruptedException {
    for (char ch: task.toCharArray()) {
        if (ch == ".") Thread.sleep(1000);
    }
}    

编译上面这些代码

javac -cp $CP NewTask.java Worker.java

任务队列的一个最大优点是可以并行工作，能够非常容易的水平扩张。

首先，让我们同时运行两个工作线程，他们能够同时从队列获取消息。我们也需要同时开启3个console：1个生产者，2个消费者

消费者C1

# shell 1
java -cp $CP Worker
# => [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C

消费者C2

# shell 2
java -cp $CP Worker
# => [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C

让我们运行生产者

# shell 3
java -cp $CP NewTask
# => First message.
java -cp $CP NewTask
# => Second message..
java -cp $CP NewTask
# => Third message...
java -cp $CP NewTask
# => Fourth message....
java -cp $CP NewTask
# => Fifth message.....    

让我们看看消费者们
消费者C1

java -cp $CP Worker
# => [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C
# => [x] Received "First message."
# => [x] Received "Third message..."
# => [x] Received "Fifth message....."   

消费者C2

java -cp $CP Worker
# => [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C
# => [x] Received "Second message.."
# => [x] Received "Fourth message..   

RabbitMQ默认有序的将会发送消息给下一个消费者，所以每一个消费者都会得到相同数量的消息，这种方式就叫做轮询调度(round-robin)，你可以尝试下更多的消费者

一个任务可能非常耗时，如果消费者在做一个高耗时任务时挂掉了，我们将会丢失所有发送到这个消费者上的消息。这是非常不可取的，所以我们希望能够明确的知道消息是否消费成功，如果一个消费挂了，我们能够知道，并且将消息发送给下一个消费者。

为了确保消息不丢失，RabbitMQ支持消息确认。收到消息后消费者会给RabbitMQ服务器发送一个ack（我已经收到消息了），RabbitMQ就会在服务上删除这个消息了。

如果一个消费者挂了（连接关闭，channel关闭，或者是TCP连接丢失）而没有发送ack，RabbitMQ就会知道消息并没有消费成功，于是乎消息会被放到消息队列重新消费。如果此时还有其它消费者的话，消息会发送给其它消费者来消费，确保消息不会丢失

消息并没有超时时间这个概念，消息只会在消费者挂掉了时候重发，即使是一个非常非常耗时的的消费者也不会发生重发

手动消息确认(Manual message acknowledgments)默认是打开的，虽然我们之前关闭了它：autoAck=true。让我们先将它设置为false

channel.basicQos(1); // accept only one unack-ed message at a time (see below)

final Consumer consumer = new DefaultConsumer(channel) {
  @Override
  public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, AMQP.BasicProperties properties, byte[] body) throws IOException {
    String message = new String(body, "UTF-8");

    System.out.println(" [x] Received "" + message + """);
    try {
      doWork(message);
    } finally {
      System.out.println(" [x] Done");
      channel.basicAck(envelope.getDeliveryTag(), false);
    }
  }
};
boolean autoAck = false;
channel.basicConsume(TASK_QUEUE_NAME, autoAck, consumer);

这样一来，即使你使用CTRL+C强制杀死了一个消费者，消费者所丢失的消息也将会被重发，会被另一个消费者所接受并消费。

很容易犯忘记应答的错误，但会导致非常严重的后果。Messages会被重发，RabbitMQ会消耗越来越多的内存因为unacked的消息无法释放（甚至更严重，RabbitMQ内部维护了一个最大打开线程数，如果太多的消息没有应答，RabbitMQ甚至会整个崩溃掉）

你可以用Rabbitmqctl查看未被应答的消息数

sudo rabbitmqctl list_queues name messages_ready      
 messages_unacknowledged

windows下：

rabbitmqctl.bat list_queues name messages_ready     
messages_unacknowledged

我们现在知道了可以通过应答来保证消息不丢失，但万一RabbitMQ挂了呢？还是可能会导致消息丢失。因此我们可以通过持久化的机制，包括将队列以及队列中的消息持久化的方式，来保证即便RabbitMQ挂了，当它重启的时候，队列以及消息也能够恢复

首先做队列的持久化，声明队列为durable

boolean durable = true;
channel.queueDeclare("hello", durable, false, false, null);

但很可惜的是，这种声明方式并不适用与上面的方法，因为我们已经将“Hello”定义为一个非持久化的队列了，是不能再将他改为持久化的，如果这样做，将会直接返回一个error信息。所以，我们需要重新再定义一个队列

boolean durable = true;
channel.queueDeclare("task_queue", durable, false, false, null);

在保证队列的持久化后需要保证消息的持久化-将消息设置为PERSISTENT_TEXT_PLAIN

import com.rabbitmq.client.MessageProperties;

channel.basicPublish("", "task_queue",
        MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN,
        message.getBytes());  

但这样还是存在问题：假设有如下的情形，一个消费者非常耗时，而一个消费者非常快，由于消息都是公平的发送，所以它们都是接收到相同数量的消息，会导致一个消费者非常忙碌，而另外一个消费者非常空闲，而RabbitMQ无法得知这一点。

为了解决这个缺陷我们引入了basicQos方法以及prefetchCount =1的设置。这会告诉RabbitMQ一次只给消费者一个消息：如果这个消息未确认，将不会发送新的消息，从而它会将消息发送给其它并不那么忙的消费者

int prefetchCount = 1;
channel.basicQos(prefetchCount);

如果所有的消费者都非常忙，队列可能会很快被填满，所以你需要留意这一点，要么增加更多的消费者，或者采取其它的策略。

NewTask.java

import java.io.IOException;
import com.rabbitmq.client.ConnectionFactory;
import com.rabbitmq.client.Connection;
import com.rabbitmq.client.Channel;
import com.rabbitmq.client.MessageProperties;

public class NewTask {

  private static final String TASK_QUEUE_NAME = "task_queue";

  public static void main(String[] argv)
                      throws java.io.IOException {

    ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
    factory.setHost("localhost");
    Connection connection = factory.newConnection();
    Channel channel = connection.createChannel();

    channel.queueDeclare(TASK_QUEUE_NAME, true, false, false, null);

    String message = getMessage(argv);

    channel.basicPublish( "", TASK_QUEUE_NAME,
            MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN,
            message.getBytes());
    System.out.println(" [x] Sent "" + message + """);

    channel.close();
    connection.close();
  }      
  //...
}

Worker.java

import com.rabbitmq.client.*;

import java.io.IOException;

public class Worker {
  private static final String TASK_QUEUE_NAME = "task_queue";

  public static void main(String[] argv) throws Exception {
    ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory();
    factory.setHost("localhost");
    final Connection connection = factory.newConnection();
    final Channel channel = connection.createChannel();

    channel.queueDeclare(TASK_QUEUE_NAME, true, false, false, null);
    System.out.println(" [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C");

    channel.basicQos(1);

    final Consumer consumer = new DefaultConsumer(channel) {
      @Override
      public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, AMQP.BasicProperties properties, byte[] body) throws IOException {
        String message = new String(body, "UTF-8");

        System.out.println(" [x] Received "" + message + """);
        try {
          doWork(message);
        } finally {
          System.out.println(" [x] Done");
          channel.basicAck(envelope.getDeliveryTag(), false);
        }
      }
    };
    boolean autoAck = false;
    channel.basicConsume(TASK_QUEUE_NAME, autoAck, consumer);
  }

  private static void doWork(String task) {
    for (char ch : task.toCharArray()) {
      if (ch == ".") {
        try {
          Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException _ignored) {
          Thread.currentThread().interrupt();
        }
      }
    }
  }
}

使用消息确认和prefetchCount你就能设置一个持久化队列了，同时，使用durable和persist,，即使RabbitMQ挂掉了，重启后也能够重发消息