RabbitMQ 架构原理

1.RabbitMQ 架构原理
由于 RabbitMQ 实现了 AMQP 协议，所以 RabbitMQ 的工作模型也是基于
AMQP 的。理解这张图片至关重要。

1.1 Broker 中介
我们要使用 RabbitMQ 来收发消息，必须要安装一个 RabbitMQ 的服务，可以安
装在 Windows 上面也可以安装在 Linux 上面，默认是 5672 的端口。这台 RabbitMQ
的服务器我们把它叫做 Broker，中文翻译是代理/中介，因为 MQ 服务器帮助我们做
的事情就是存储、转发消息。

1.2 Connection 连接
无论是生产者发送消息，还是消费者接收消息，都必须要跟 Broker 之间建立一个
连接，这个连接是一个 TCP 的长连接。
1.3 Channel 通道
https://www.rabbitmq.com/api-guide.html#concurrency
https://www.rabbitmq.com/channels.html
https://stackoverflow.com/questions/18418936/rabbitmq-and-relationshi
p-between-channel-and-connection
如果所有的生产者发送消息和消费者接收消息，都直接创建和释放 TCP 长连接的
话，对于 Broker 来说肯定会造成很大的性能损耗，也会浪费时间。
所以在 AMQP 里面引入了 Channel 的概念，它是一个虚拟的连接。我们把它翻
译成通道，或者消息信道。这样我们就可以在保持的 TCP 长连接里面去创建和释放
Channel，大大了减少了资源消耗。
不同的 Channel 是相互隔离的，每个 Channel 都有自己的编号。对于每个客户端
线程来说，Channel 就没必要共享了，各自用自己的 Channel。
另外一个需要注意的是，Channel 是 RabbitMQ 原生 API 里面的最重要的编程接
口，也就是说我们定义交换机、队列、绑定关系，发送消息，消费消息，调用的都是
Channel 接口上的方法。

1.4 Queue 队列
连接到 Broker 以后，就可以收发消息了。
在 Broker 上有一个对象用来存储消息，在 RabbitMQ 里面这个对象叫做 Queue。
实际上 RabbitMQ 是用数据库来存储消息的，这个数据库跟 RabbitMQ 一样是用
Erlang 开发的，名字叫 Mnesia。我们可以在磁盘上找到 Mnesia 的存储路径。 Windows 系统保存在用户目录下：
C:\Users\用户名\AppData\Roaming\RabbitMQ\db\rabbit@用户名-mnesia
CentOS 保存在/var/lib 目录下：
/var/lib/rabbitmq/mnesia
队列也是生产者和消费者的纽带，生产者发送的消息到达队列，在队列中存储。
消费者从队列消费消息。

1.5 Consumer 消费者
消息到底是 Broker 推送给消费者的？还是消费者主动获取的？消费者消费消息
有两种模式。
一种是 Pull 模式，对应的方法是 basicGet。消息存放在服务端，只有消费者主动
获取才能拿到消息。如果每隔一段时间获取一次消息，消息的实时性会降低。但是好
处是可以根据自己的消费能力决定获取消息的频率。

另一种是 Push 模式，对应的方法是 basicConsume，只要生产者发消息到服务
器，就马上推送给消费者，消息保存在客户端，实时性很高，如果消费不过来有可能
会造成消息积压。Spring AMQP 是 push 方式，通过事件机制对队列进行监听，只要
有消息到达队列，就会触发消费消息的方法。
RabbitMQ 中 pull 和 push 都有实现。而 kafka 和 RocketMQ 只有 pull。
https://www.rabbitmq.com/api-guide.html#consuming
由于队列有 FIFO 的特性，只有确定前一条消息被消费者接收之后，Broker 才会
把这条消息从数据库删除，继续投递下一条消息。
一个消费者是可以监听多个队列的，一个队列也可以被多个消费者监听。
但是在生产环境中，我们一般是建议一个消费者只处理一个队列的消息。如果需
要提升处理消息的能力，可以增加多个消费者。这个时候消息会在多个消费者之间轮
询。

1.6 Exchange 交换机
现在我们来思考一个问题，如果要把一条消息发送给多个队列，被多个消费者消
费，应该怎么做？生产者是不是必须要调用多次 basicPublish 的方法，依次发送给多
个队列？就像消息推送的这种场景，有成千上万个队列的时候，对生产者来说压力太
大了。
有没有更好的办法呢？其实，RabbitMQ 已经为我们考虑到了这一点，它设计了
一个帮我们路由消息的组件，叫做 Exchange。
也就是说，不管有多少个队列需要接收消息，我都只需要发送到 Exchange 就 OK
了，由它帮我来分发。Exchange 是不会存储消息的，它只做一件事情，根据规则分发
消息。
那么，Exchange 和这些需要接收消息的队列必须建立一个绑定关系，并且为每个
队列指定一个特殊的标识。
Exchange 和队列是多对多的绑定关系，也就说，一个交换机的消息一个路由给多
个队列，一个队列也可以接收来自多个交换机的消息。
绑定关系建立好之后，生产者发送消息到 Exchange，也会携带一个特殊的标识。
当这个标识跟绑定的标识匹配的时候，消息就会发给一个或者多个符合规则的队列。
那 Exchange 有哪些可设置的字段呢？

这个特殊的标识是怎么运作的，后面再详细展开来讲。

1.7 Vhost 虚拟机
我们每个需要实现基于 RabbitMQ 的异步通信的系统，都需要在 Broker 上创建
自己要用到的交换机、队列和它们的绑定关系。如果某个业务系统不想跟别人混用一
个 Broker，怎么办？再采购一台硬件服务器单独安装一个 RabbitMQ 服务？这种方式
成本太高了。在同一个硬件服务器上安装多个 RabbitMQ 的服务呢？比如再运行一个
5673 的端口？
没有必要这样做，因为 RabbitMQ 也考虑到了这一点，设计了虚拟主机 VHOST。
VHOST 除了可以提高硬件资源的利用率之外，还可以实现资源的隔离和权限的控
制。它的作用类似于其他编程语言中的 namespace 和 package，不同的 VHOST 中
可以有同名的 Exchange 和 Queue，它们是完全透明的。
这个时候，我们可以为不同的业务系统创建专属于他们自己的 VHOST，然后再为
他们创建专属的用户，给用户分配对应的 VHOST 的权限。比如给风控系统的用户分
配风控系统的 VHOST 的权限，这个用户可以访问里面的交换机和队列。给超级管理
员分配所有 VHOST 的权限。
我们安装 RabbitMQ 的时候会自带一个默认的 VHOST，名字是“/”。

2、消息分发机制
我们说到 RabbitMQ 引入 Exchange 是为了实现消息的灵活路由，到底有哪些路
由方式？
RabbitMQ 中一共有四种类型的交换机，Direct、Topic、Fanout、Headers。其
中 Headers 不常用。交换机的类型可以在创建的时候指定，网页或者代码中。

direct: 直连 fanout: 广播 topic: 根据key匹配 headers: 根据消息头匹配

topic: # 代表的所有的 * 代表只能匹配一个节点
改了配置要重启才能生效

3、RabbitMQ 持久化与内存管理

3.1 持久化机制
RabbitMQ 的持久化分为消息持久化、队列持久化、交换器持久化。无论是持久
化消息还是非持久化消息都可以被写入磁盘。

当 RabbitMQ 收到消息时，如果是持久化消息，则会储存在内存中，同时也会写
入磁盘；如果是非持久化消息，则只会存在内存中。当内存使用达到 RabbitMQ 的临
界值时，内存中的数据会被交换到磁盘，持久化消息由于本就存在于磁盘中，不会被
重复写入。
消息的持久化是在发消息时，通过 deliveryMode 设置，队列、交换器也可以通
过参数持久化，非持久化的消息、队列、交换器在服务重启后会消失，即使已经被写
入磁盘。

3.2 内存控制

RabbitMQ 中通过内存阈值参数控制内存的使用量，当内存使用超过配置的阈值
时，RabbitMQ 会阻塞客户端的连接并停止接收从客户端发来的消息，以免服务崩溃，
同时，会发出内存告警，此时客户端于与服务端的心跳检测也会失效。
当出现内存告警时，可以通过管理命令临时调整。

rabbitmqctl set
_vm
_memory_high
_watermark <fraction>

fraction 为内存阈值，默认是 0.4，表示 RabbitMQ 使用的内存超过系统内存的
40%时，会产生内存告警，通过此命令修改的阈值在重启后会失效。可以通过修改配
置文件的方式，使之永久生效，但是需要重启服务。

3.4 内存换页
在 RabbitMQ 达到内存阈值并阻塞生产者之前，会尝试将内存中的消息换页到磁
盘，以释放内存空间。内存换页由换页参数控制，默认为 0.5，表示当内存使用量达到
内存阈值的 50%时会进行换页，也就是 0.4*0.5=0.2。

vm
_memory_high
_watermark
_paging_ratio=0.5

当换页阈值大于 1 时，相当于禁用了换页功能

3.5 磁盘控制
RabbitMQ 通过磁盘阈值参数控制磁盘的使用量，当磁盘剩余空间小于磁盘阈值
时，RabbitMQ 同样会阻塞生产者，避免磁盘空间耗尽。
磁盘阈值默认 50M，由于是定时检测磁盘空间，不能完全消除因磁盘耗尽而导致
崩溃的可能性，比如在两次检测之间，磁盘空间从大于 50M 变为 0M。
一种相对谨慎的做法是将磁盘阈值大小设置与内存相等

rabbitmqctl set
_disk
_free
_limit <limit>
rabbitmqctl set
_disk
_free
_limit mem
_relative <fraction>
# limit 为绝对值，KB、MB、GB
# fraction 为相对值，建议 1.0～2.0 之间
# rabbitmq.conf
disk
_free
_limit.relative=1.5
# disk
_free
_limit.absolute=50MB

4、RabbiMQ 插件管理
RabbitMQ 插件机制的设计，主要是用于面对特殊场景的需求，可以实现任意扩
展。

4.1 插件列表管理命令

rabbitmq-plugins list

此命令，列出当前可以安装使用的插件。插件前面[ ] 为空说明，没有安装。有 e*
说明插件是安装了的。

4.2 插件安装使用，
我们以 rabbitmq_management 为例。

rabbitmq-plugins enable rabbitmq_management

此命令，就是安装启用管理。

4.3 插件卸载

同上，插件卸载，只需要将我们的命令，enable 改为，disbale 即可。

rabbitmq-plugins disable rabbitmq_management

5、RabbitMQ 配置备查
RabbitMQ 常用的三种自定义服务器的通用方法：
配置文件 rabbitmq.conf
环境变量文件 rabbitmq-env.conf
补充配置文件 advanced.config
rabbitmq.conf 和 rabbitmq-env.conf 的位置
在二进制安装中路径是在：安装目录下的/etc/rabbitmq/
rpm 安装： /etc/rabbitmq/
如果 rabbitmq.conf 和 rabbitmq-env.conf 的两个文件不存在，那么我们可以创建该文
件，然后我们可以通过环境变量
指定该文件的位置。
补充：
rabbitmqctl rabbitmqctl 是管理虚拟主机和用户权限的工具
rabbitmq-plugins 是管理插件的工具
5.1 rabbitmq.conf
在 rabbitmq 3.7.0 之前，rabbitmq.conf 使用了 Erlang 语法配置格式，新的版本使用
了 sysctl 格式. sysctl 语法：
单个信息都在一行里面
配置信息以 key value 的形式保存。
‘#’开头表示注释。
配置属性和描述（官网链接：https://www.rabbitmq.com/configure.html）