rabbitmq——镜像队列

2022-11-29 20:32:09

转自：http://my.oschina.net/hncscwc/blog/186350?p=1

1. 镜像队列的设置

镜像队列的配置通过添加policy完成，policy添加的命令为：

rabbitmqctl  set_policy  [-p Vhost]  Name  Pattern  Definition  [Priority]

-p Vhost:  可选参数，针对指定vhost下的queue进行设置

Name:  policy的名称

Pattern:  queue的匹配模式（正则表达式）

Definition:  镜像定义，包括三个部分 ha-mode，ha-params，ha-sync-mode

ha-mode:  指明镜像队列的模式，有效值为 all/exactly/nodes

all表示在集群所有的节点上进行镜像

exactly表示在指定个数的节点上进行镜像，节点的个数由ha-params指定

nodes表示在指定的节点上进行镜像，节点名称通过ha-params指定

ha-params: ha-mode模式需要用到的参数

ha-sync-mode:  镜像队列中消息的同步方式，有效值为automatic，manually

Priority:  可选参数， policy的优先级

例如，对队列名称以hello开头的所有队列进行镜像，并在集群的两个节点上完成镜像，policy的设置命令为：

rabbitmqctl  set_policy  hello-ha  "^hello"  '{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}'

2. 镜像队列的大概实现

(1) 整体介绍

通常队列由两部分组成：一部分是amqqueue_process，负责协议相关的消息处理，即接收生产者发布的消息、向消费者投递消息、处理消息confirm、acknowledge等等；另一部分是backing_queue，它提供了相关的接口供amqqueue_process调用，完成消息的存储以及可能的持久化工作等。

rabbitmq——镜像队列

镜像队列同样由这两部分组成，amqqueue_process仍旧进行协议相关的消息处理，backing_queue则是由master节点和slave节点组成的一个特殊的backing_queue。master节点和slave节点都由一组进程组成，一个负责消息广播的gm，一个负责对gm收到的广播消息进行回调处理。在master节点上回调处理是coordinator，在slave节点上则是mirror_queue_slave。mirror_queue_slave中包含了普通的backing_queue进行消息的存储，master节点中backing_queue包含在mirror_queue_master中由amqqueue_process进行调用。

rabbitmq——镜像队列

注意：消息的发布与消费都是通过master节点完成。master节点对消息进行处理的同时将消息的处理动作通过gm广播给所有的slave节点，slave节点的gm收到消息后，通过回调交由mirror_queue_slave进行实际的处理。

(2) gm(Guaranteed Multicast)

传统的主从复制方式：由master节点负责向所有slave节点发送需要复制的消息，在复制过程中，如果有slave节点出现异常，master节点需要作出相应的处理；如果是master节点本身出现问题，那么slave节点间可能会进行通信决定本次复制是否继续。当然为了处理各种异常情况，整个过程中的日志记录是免不了的。

然而rabbitmq中并没有采用这种方式，而是将所有的节点形成一个循环链表，每个节点都会监控位于自己左右两边的节点，当有节点新增时，相邻的节点保证当前广播的消息会复制到新的节点上；当有节点失效时，相邻的节点会接管保证本次广播的消息会复制到所有节点。

在master节点和slave节点上的这些gm形成一个group，group的信息会记录在mnesia中。不同的镜像队列形成不同的group。

消息从master节点对应的gm发出后，顺着链表依次传送到所有节点，由于所有节点组成一个循环链表，master节点对应的gm最终会收到自己发送的消息，这个时候master节点就知道消息已经复制到所有slave节点了。

(3) 重要的表结构

rabbit_queue表记录队列的相关信息：

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-record(amqqueue,
{
name,             %%队列的名称
durable,          %%标识队列是否持久化
auto_delete,      %%标识队列是否自动删除
exclusive_owner,  %%标识是否独占模式
arguments,        %%队列创建时的参数
pid,              %%amqqueue_process进程PID
slave_pids,       %%mirror_queue_slave进程PID集合
sync_slave_pids,  %%已同步的slave进程PID集合
policy,           %%与队列有关的policy
                  %%通过set_policy设置,没有则为undefined
gm_pids,          %%{gm,mirror_queue_coordinator},{gm,mirror_queue_slave}进程PID集合
decorator         %%
}).

注意：slave_pids的存储是按照slave加入的时间来排序的，以便master节点失效时，提升"资格最老"的slave节点为新的master。

gm_group表记录gm形成的group的相关信息：

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-record(gm_group,
{
name,     %%group的名称,与queue的名称一致
version,  %%group的版本号, 新增节点/节点失效时会递增
members,  %%group的成员列表, 按照节点组成的链表顺序进行排序
}).

3. 镜像队列的一些细节

(1) 新增节点

slave节点先从gm_group中获取对应group的所有成员信息，然后随机选择一个节点并向这个节点发送请求，这个节点收到请求后，更新gm_group对应的信息，同时通知左右节点更新邻居信息（调整对左右节点的监控）及当前正在广播的消息，然后回复通知请求节点成功加入group。请求加入group的节点收到回复后再更新rabbit_queue中的相关信息，并根据需要进行消息的同步。

rabbitmq——镜像队列

rabbitmq——镜像队列

(2) 消息的广播

消息从master节点发出，顺着节点链表发送。在这期间，所有的slave节点都会对消息进行缓存，当master节点收到自己发送的消息后，会再次广播ack消息，同样ack消息会顺着节点链表经过所有的slave节点，其作用是通知slave节点可以清除缓存的消息，当ack消息回到master节点时对应广播消息的生命周期结束。

下图为一个简单的示意图，A节点为master节点，广播一条内容为"test"的消息。"1"表示消息为广播的第一条消息；"id=A"表示消息的发送者为节点A。右边是slave节点记录的状态信息。

rabbitmq——镜像队列

为什么所有的节点都需要缓存一份发布的消息呢？

master发布的消息是依次经过所有slave节点，在这期间的任何时刻，有可能有节点失效，那么相邻的节点可能需要重新发送给新的节点。例如，A->B->C->D->A形成的循环链表，A为master节点，广播消息发送给节点B，B再发送给C，如果节点C收到B发送的消息还未发送给D时异常结束了，那么节点B感知后节点C失效后需要重新将消息发送给D。同样，如果B节点将消息发送给C后，B,C节点中新增了E节点，那么B节点需要再将消息发送给新增的E节点。

gm的状态记录：

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-record(state,
{
self,              %%gm本身的ID
left,              %%该节点左边的节点
right,             %%该节点右边的节点
group_name,        %%group名称 与队列名一致
module,            %%回调模块 rabbit_mirror_queue_slave或者
                   %%rabbit_mirror_queue_coordinator
view,              %%group成员列表视图信息
                   %%记录了成员的ID及每个成员的左右邻居节点
pub_count,         %%当前已发布的消息计数
members_state,     %%group成员状态列表 记录了广播状态:[#member{}]
callback_args,     %%回调函数的参数信息
                   %%rabbit_mirror_queue_slave/rabbit_mirror_queue_coordinator进程PID
confirms,          %%confirm列表
broadcast_buffer,  %%缓存待广播的消息
broadcast_timer,   %%广播消息定时器
txn_executor      
}).
 
-record(member,
{
pending_ack,  %%待确认的消息,也就是已发布的消息缓存的地方
last_pub,     %%最后一次发布的消息计数
last_ack      %%最后一次确认的消息计数
}).

(3) 节点的失效

当slave节点失效时，仅仅是相邻节点感知，然后重新调整邻居节点信息、更新rabbit_queue、gm_group的记录等。如果是master节点失效，"资格最老"的slave节点被提升为master节点，slave节点会创建出新的coordinator，并告知gm修改回调处理为coordinator，原来的mirror_queue_slave充当amqqueue_process处理生产者发布的消息，向消费者投递消息等。

rabbitmq——镜像队列

上面提到如果是slave节点失效，只有相邻的节点能感知到，那么master节点失效是不是也是只有相邻的节点能感知到？假如是这样的话，如果相邻的节点不是"资格最老"的节点，怎么通知"资格最老"的节点提升为新的master节点呢?

实际上，所有的slave节点在加入group时，mirror_queue_slave进程会对master节点的amqqueue_process进程（也可能是mirror_queue_slave进程）进行监控，如果master节点失效的话，mirror_queue_slave会感知，然后再通过gm进行广播，这样所有的节点最终都会知道master节点失效。当然，只有"资格最老"的节点会提升自己为新的master。

另外，在slave提升为master时，mirror_queue_slave内部来了一次"偷梁换柱"，即原本需要回调mirror_queue_slave的handle_call/handle_info/handle_cast等接口进行处理的消息，全部改为调用amqqueue_process的handle_call/handle_info/handle_cast等接口，从而可以解释上面说的，mirror_queue_slave进程充当了amqqueue_process完成协议相关的消息的处理。

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rabbit_mirror_queue_slave.erl
 
handle_call({gm_deaths,LiveGMPids},From,
            State = #state{q = Q = #amqqueue{name=QName,pid=MPid}})->
    Self = self(),
    case rabbit_mirror_queue_misc:remove_from_queue(QName,
                                                    Self,
                                                    LiveGMPids) of
        {ok,Pid,DeadPids} ->
            case Pid of
                MPid ->
                    %% master hasn't changed
                    gen_server2:reply(From, ok),
                    noreply(State);
                Self ->
                    %% we've become master
                    QueueState = promote_me(From,State),
                    {become,
                     %% 改由rabbit_amqqueue_process模块处理消息
                     rabbit_amqqueue_process,
                     QueueState, hibernate};
                ...
 
gen_server2.erl
 
handle_common_reply(Reply,Msg,GS2State = #gs2_state{name=Name,
                                                    debug=Debug})->
    case Reply of
        ...
        {become, Mod, NState, Time1} ->
            Debug1=common_become(Name,Mod,NState,Debug),
            loop(find_prioritisers(
                GS2State#gs2_state{mod=Mod,
                                   state=NState,
                                   time=Time1,
                                   debug=Debug1}));
        ...
 
handle_msg({'gen_call',From,Msg},
           GS2State=#gs2_state{mod=Mod,
                               state=State,
                               name=Name,
                               debug=Debug}) ->
    case catch Mod:handle_call(Msg, From, State) of
        ...
 
handle_msg(Msg,GS2State=#gs2_state{mod=Mod,state=State})->
    Reply = (catch dispatch(Msg,Mod,State)),
    handle_common_reply(Reply, Msg, GS2State).
 
dispatch({'$gen_cast',Msg},Mod,State)->
    Mod:handle_cast(Msg, State);
dispatch(Info, Mod, State)->
    Mod:handle_info(Info,State).

(4) 消息的同步

配置镜像队列的时候有个ha-sync-mode属性，这个有什么用呢?

新节点加入到group后，最多能从左边节点获取到当前正在广播的消息内容，加入group之前已经广播的消息则无法获取到。如果此时master节点不幸失效，而新节点有恰好成为了新的master，那么加入group之前已经广播的消息则会全部丢失。

注意：这里的消息具体是指新节点加入前已经发布并复制到所有slave节点的消息，并且这些消息还未被消费者消费或者未被消费者确认。如果新节点加入前，所有广播的消息被消费者消费并确认了，master节点删除消息的同时会通知slave节点完成相应动作。这种情况等同于新节点加入前没有发布任何消息。

避免这种问题的解决办法就是对新的slave节点进行消息同步。当ha-sync-mode配置为自动同步（automatic）时，新节点加入group时会自动进行消息的同步；如果配置为manually则需要手动操作完成同步。

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