RabbitMq指南：彻底解决消息可靠性问题以及实现延迟队列

2023-11-17 11:46:58

引言

提到 RabbitMq，想必大家都不陌生，我们经常使用它来进行服务之间的异步通信，如短信，日志，邮件发送等业务场景都可以使用 RabbitMq 实现，但在使用的过程中我们会遇到消息丢失的问题，也会有延迟消费消息的需求，相信通过本文你会找到自己想要的答案，下面就让我们一起来看一下吧。

消息可靠性

一条消息从发送到接收，在 RabbitMq 中会经历如下过程，如图：

上图中的每一步都可能存在消息丢失的情况，消息丢失原因包括以下几种：

发送时丢失：消息在发往 exchange 的过程中丢失；消息成功到达 exchange，但在发往 queue 的过程中丢失
mq 服务宕机，queue 中的消息丢失
消费者成功接收消息，消息未消费完，服务宕机导致消息丢失

RabbitMq 针对以上问题，提供了自己的解决方案，如下：

生产者确认机制
消息持久化存储
消费者确认机制
失败重试机制

通过以上机制我们便可以解决消息丢失的问题，保证消息的可靠性，下面我们通过一个案例来演示上述四种机制（需要提前搭建好一个 RabbitMq 服务，不赘述），实现消息的可靠性传输。

1. 项目搭建

首先创建 pom 父工程 mq-advanced-demo，pom.xml 配置如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>mq.demo</groupId>
    <artifactId>mq-advanced-demo</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <modules>
        <module>publisher</module>
        <module>consumer</module>
    </modules>
    <packaging>pom</packaging>

    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.3.9.RELEASE</version>
        <relativePath/>
    </parent>

    <properties>
        <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
        </dependency>
        <!--AMQP依赖，包含RabbitMQ-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-amqp</artifactId>
        </dependency>
        <!--单元测试-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
            <artifactId>jackson-databind</artifactId>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>

然后分别创建子工程 publisher 和 consumer：

publisher 的 pom.xml：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactId>mq-advanced-demo</artifactId>
        <groupId>mq.demo</groupId>
        <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <artifactId>publisher</artifactId>

    <properties>
        <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
    </properties>
    
</project>

consumer 的 pom.xml：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactId>mq-advanced-demo</artifactId>
        <groupId>mq.demo</groupId>
        <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <artifactId>consumer</artifactId>

    <properties>
        <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
    </properties>

</project>

整体项目结构如下：

至此，项目模型基本搭建完毕（项目完整代码可于文末获取）。

2. 生产者确认机制

RabbitMQ 提供了生产者确认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 之后，会返回结果给发送者，表示消息是否处理成功。

返回结果有以下两种：

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：消息成功投递到交换机，但是没有路由到队列。返回 ack，及路由失败原因

图示如下：

下面我们来进行编码实现，首先，修改 publisher 服务中的 application.yml，添加以下内容：

logging:
  pattern:
    dateformat: HH:mm:ss
  level:
    mq: debug
spring:
  rabbitmq:
    # rabbitMQ的ip地址
    host: 127.0.0.1
    # 端口
    port: 5672
    # 集群模式配置
    # addresses: 127.0.0.1:8071, 127.0.0.1:8072, 127.0.0.1:8073
    username: admin
    password: 123456
    virtual-host: /
    # 消费者确认机制相关配置 
    # 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
    publisher-confirm-type: correlated
    # publish-returns：开启publish-return功能，同样是基于callback机制，不过是定义ReturnCallback
    publisher-returns: true
   	# 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
    template:
      mandatory: true

然后在代码中定义 ReturnCallback 回调，每个RabbitTemplate只能配置一个ReturnCallback，因此需要在项目加载时配置，在 congfig 包下创建 CommonConfig 类：

package mq.config;

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对象
        RabbitTemplate rabbitTemplate = applicationContext.getBean(RabbitTemplate.class);
        // 配置ReturnCallback
        rabbitTemplate.setReturnCallback((message, replyCode, replyText, exchange, routingKey) -> {
            // 记录日志
            log.error("消息发送到队列失败，响应码：{}, 失败原因：{}, 交换机: {}, 路由key：{}, 消息: {}",
                     replyCode, replyText, exchange, routingKey, message.toString());
            // 如果有需要的话，重发消息
        });
    }
}

接着定义 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。提前在 mq 控制台创建好 exchange 和 queue，在 publisher 服务下的 test 包下创建 SpringAmqpTest 类：

package mq.spring;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.amqp.core.Message;
import org.springframework.amqp.core.MessageBuilder;
import org.springframework.amqp.core.MessageDeliveryMode;
import org.springframework.amqp.rabbit.connection.CorrelationData;
import org.springframework.amqp.rabbit.core.RabbitTemplate;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringRunner;

import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.UUID;

@Slf4j
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class SpringAmqpTest {
	@Autowired
	private RabbitTemplate rabbitTemplate;

	@Test
	public void testSendMessage2SimpleQueue() throws InterruptedException {
		// 1.准备消息
		String message = "hello, spring amqp!";
		// 2.准备CorrelationData
		// 2.1.消息ID
		CorrelationData correlationData = new CorrelationData(UUID.randomUUID().toString());
		// 2.2.准备ConfirmCallback
		correlationData.getFuture().addCallback(result -> {
			// 判断结果
			if (result.isAck()) {
				// ACK
				log.debug("消息成功投递到交换机！消息ID: {}", correlationData.getId());
			} else {
				// NACK
				log.error("消息投递到交换机失败！消息ID：{}，原因：{}", correlationData.getId(), result.getReason());
				// 重发消息
			}
		}, ex -> {
			// 记录日志
			log.error("消息发送异常, ID:{}, 原因{}", correlationData.getId(), ex.getMessage());
			// 可以重发消息
		});
		// 3.发送消息 需创建 mqtest 交换机，并绑定一个 routingKey 为 mqtest_queue 的队列，可根据实际情况修改
		rabbitTemplate.convertAndSend("mqtest", "mqtest_queue", message, correlationData);

		// 休眠一会儿，等待ack回执
		Thread.sleep(2000);
	}
}

执行测试类，打印 log 如下：

异常情况大家可以自行测试。

3. 消息持久化存储

生产者确认机制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，即交换机持久化，队列持久化，消息持久化。

默认情况下，springAmqp 声明的交换机，队列，消息都是持久化的，并不需要我们特意指定，即 Durability 属性都为 Durable。

4. 消费者确认机制

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。

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，向 RabbitMQ 发送 ACK 回执，表明自己已经处理消息。

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，虽灵活但会提高编码复杂度。
auto：自动 ack，没有异常则返回 ack；抛出异常则返回 nack，消息重新入队，一直到没有异常为止，也可以设置最大重试次数，超过次数后发送到专门收集错误消息的队列进一步处理
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（消息投递是不可靠的，可能丢失）

一般情况下，我们选择使用 auto 模式即可，接下来进行编码实现。

向 consumer 服务的 application.yml 添加以下内容：

logging:
  pattern:
    dateformat: HH:mm:ss
  level:
    mq: debug
spring:
  rabbitmq:
    #rabbitMQ的ip地址
    host: 127.0.0.1
    #端口
    port: 5672
    #集群模式配置
    #addresses: 127.0.0.1:8071, 127.0.0.1:8072, 127.0.0.1:8073
    username: admin
    password: 123456
    virtual-host: /
    listener:
      simple:
        prefetch: 1
        acknowledge-mode: auto

在 listener 包下添加 SpringRabbitListener 类：

package mq.listener;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.amqp.rabbit.annotation.RabbitListener;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Slf4j
@Component
public class SpringRabbitListener {
	@RabbitListener(queues = "mqtest_queue")
	public void listenSimpleQueue(String msg) {
		log.debug("消费者接收到mqtest_queue的消息：【" + msg + "】");
		//System.out.println(1 / 0);
		log.info("消费者处理消息成功！");
	}
}

启动服务，消息成功被消费：

但如果处理消息的过程中出现异常，消息会不断重新入队，不断消费，导致 cpu 飙升，这个时候便需要结合失败重试机制来对消息进行处理。

5. 失败重试机制

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

logging:
  pattern:
    dateformat: HH:mm:ss
  level:
    mq: debug
spring:
  rabbitmq:
    #rabbitMQ的ip地址
    host: 127.0.0.1
    #端口
    port: 5672
    #集群模式配置
    #addresses: 127.0.0.1:8071, 127.0.0.1:8072, 127.0.0.1:8073
    username: admin
    password: 123456
    virtual-host: /
    listener:
      simple:
        prefetch: 1
        acknowledge-mode: auto
        # 失败重试
        retry:
          # 开启消费者失败重试
          enabled: true
          # 初始的失败等待时长为1秒
          initial-interval: 1000
          # 失败的等待时长倍数，下次等待时长 = multiplier * last-interval
          multiplier: 3
          # 最大重试次数
          max-attempts: 4
          # true无状态；false有状态。如果业务中包含事务，这里改为false
          stateless: true

接下来重新向队列中发送消息，故意让监听代码产生异常，启动 consumer 服务，打印 log 如下：

如上图，消息重试了 4 次最终抛出异常，但该消息同样被 mq 删除了，所以我们会得到以下结论：

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

在开启重试模式后，重试次数耗尽，如果消息依然失败，为了防止消息被直接丢弃，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

很显然，RepublishMessageRecoverer 方式更为友好，失败后可以将消息投递到一个指定的，专门存放异常消息的队列，后续集中处理。

在 consumer 服务中定义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");
}

定义一个 RepublishMessageRecoverer，关联队列和交换机：

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

重启 consumer 服务，可以发现错误消息被成功发到了指定的队列：

6. 总结

通过以上案例分析，我们可以总结出以下几点来确保 RabbitMq 的消息可靠性传输：

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，后续集中处理

实现延迟队列

当一个队列中的消息满足下列情况之一时，可以成为死信（dead letter）：

消费者使用 basic.reject 或 basic.nack 声明消费失败，并且消息的 requeue 参数设置为 false
消息是一个过期消息，超时无人消费
要投递的队列消息满了，无法投递

如果这个包含死信的队列配置了 dead-letter-exchange 属性，指定了一个交换机，那么队列中的死信就会投递到这个交换机中，而这个交换机称为死信交换机（Dead Letter Exchange，简称DLX）。

如果同时配置了 dead-letter-routing-key 参数，则消息会由死信交换机发送到指定的队列，也就是死信队列。

接下来在 consumer 服务中，定义一组死信交换机，死信队列：

	@Bean
	public DirectExchange dlExchange() {
		// 声明死信交换机 dl.direct
		return new DirectExchange("dl.direct", true, false);
	}


	@Bean
	public Queue dlQueue() {
		// 声明存储死信的队列 dl.queue
		return new Queue("dl.queue", true);
	}


	@Bean
	public Binding dlBinding() {
		// 将死信队列 与 死信交换机绑定
		return BindingBuilder.bind(dlQueue()).to(dlExchange()).with("dl");
	}

为了实现消息的延迟消费，我们需要再定义一组接收超时消息的交换机和队列并把两者绑定，设置超时时间为 10s：

@Bean
public DirectExchange ttlExchange(){
    return new DirectExchange("ttl.direct");
}

@Bean
public Queue ttlQueue(){
    return QueueBuilder.durable("ttl.queue") 
        // 设置队列的超时时间，10秒
        .ttl(10000)
        .deadLetterExchange("dl.direct")
        .deadLetterRoutingKey("dl")
        .build();
}

@Bean
public Binding ttlBinding(){
    return BindingBuilder.bind(ttlQueue()).to(ttlExchange()).with("ttl");
}

监听超时死信队列：

@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
			value = @Queue(name = "dl.queue", durable = "true"),
			exchange = @Exchange(name = "dl.direct"),
			key = "dl"
	))
	public void listenDlQueue(String msg) {
		log.info("消费者接收到了dl.queue 的延迟消息：{}", msg);
	}

在 publisher 服务测试发送消息：

	@Test
	public void testTTLMessage() throws InterruptedException {
		// 1.准备消息
		Message message = MessageBuilder
				.withBody("hello, ttl messsage".getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
				.setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.PERSISTENT)
				.build();
		// 2.发送消息
		rabbitTemplate.convertAndSend("ttl.direct", "ttl", message);
		// 3.记录日志
		log.info("消息已经成功发送！");
	}

重新启动 consumer 服务，执行测试代码，查看 log：

查看 consumer 服务的 log：

通过对比消息发送和消费的时间，发现二者相差 10s，跟我们设置的队列超时时间相同，延迟消息得以实现。

我们也可以在发送消息的时候设置消息过期时间：

	@Test
	public void testTTLMessage() throws InterruptedException {
		// 1.准备消息
		Message message = MessageBuilder
				.withBody("hello, ttl messsage".getBytes(StandardCharsets.UTF_8))
				.setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.PERSISTENT)
				//设置超时时间为5s
				.setExpiration("5000")
				.build();
		// 2.发送消息
		rabbitTemplate.convertAndSend("ttl.direct", "ttl", message);
		// 3.记录日志
		log.info("消息已经成功发送！");
	}

执行测试代码，查看 log：

查看 consumer 服务的 log：

可以看到，发送和消费的时间相差 5s，跟我们设置的消息超时时间相同。

下面列举几种延迟队列的使用场景：

延迟发送短信
用户下单，如果用户在一小时内未支付，自动取消
预约会议，半小时后通知所有参会人员

当然，这些我们也可以使用定时任务来实现，只是会徒增许多无意义的查询，数据量大的话会比较耗费性能。

总结一下，设置消息超时主要有以下两种方式：

给队列设置ttl属性，进入队列后超过ttl时间的消息变为死信
给消息设置ttl属性，队列接收到消息超过ttl时间后变为死信

实现延迟消费的步骤：

创建一个交换机作为死信交换机并绑定一个队列作为死信队列
给消息的目标队列设置队列超时时间并指定死信交换机和路由 key
将消息的目标队列绑定到死信交换机
消费者监听死信队列获取超时消息

结语

本文详细讲解了 RabbitMq 的消息可靠性以及延迟队列的解决方案，在平时的开发工作中，我们可以结合具体业务场景来选择使用，希望可以对你有所帮助，我们下次更新，再见！

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