RabbitMQ客户连接池的实现

2023-11-25 13:24:58

目前RabbitMQ官方给的出的客户端发送消息的Demo的都是基于短连接来做的，例如：

ConnectionFactory cf = new ConnectionFactory();
cf.Uri = serverAddress;
using (IConnection conn = cf.CreateConnection()){
    using (IModel ch = conn.CreateModel()) {
        if (exchange != ""){
            ch.ExchangeDeclare(exchange, exchangeType);
        }
        ch.BasicPublish(exchange,routingKey,null,Encoding.UTF8.GetBytes(message));               
    }
}

我们刚开始也是采用这种方式来实现的，但做压力测试时，发现这种每次新建Connection和新建Channel是非常耗时的，在大并发下，一般都要8毫秒左右，慢的话，好多都是几十毫秒，为此，我专门查了资料，得出如下结论：

1、Rabbit Client提供的连接方式介绍：
RabbitMQ官方提供了：
Connection对象，就是一个TCP连接对象。
Channels对象，虚拟连接。虚拟连接建立在上面Connection对象的TCP连接中。数据流动都是在Channel中进行的。每个Connection对象的虚拟连接也是有限的，如果单个Connnection的Channel对象超出指定范围了，也会有性能问题，另外一个TCP连接上的多个虚拟连接，实际在传输数据时，传输数据的虚拟连接还是独占了TCP连接，其它虚拟连接在排队等待。

2、RabbitMQ官方推荐客户端连接使用方式：
在一个Connection对象上创建多个Channel，然后程序发送数据时，分别共享使用创建好的Channel，但使用具体的单个Channel时，需要保障单个Chanel的线程独占性使用，不要让多个线程同时在使用某一个Channel，这样会导致并发错误。使用单个Channel时，加一个锁即可解决，具体官方文档说明和代码示例如下：
Sharing Channels Between Threads
As a rule of thumb, IModel instances should not be used by more than one thread simultaneously: application code should maintain a clear notion of thread ownership for IModel instances. If more than one thread needs to access a particular IModel instances, the application should enforce mutual exclusion itself. One way of achieving this is for all users of an IModel to lock the instance itself:

IModel ch = RetrieveSomeSharedIModelInstance();
lock (ch) {
ch.BasicPublish(…);
}

3、RabbitMQ Client客户端目前存在的问题。
3.1、Connection对象创建、销毁的耗时问题，管理问题：
Connection对象创建的是TCP连接，TCP连接的创建和销毁本身就是很耗时，解决的办法就是创建一个Connection对象之后，一直不关闭，在传输数据时，共享这一个Connection对象就行了，MQ官方也是推荐一个Connection对象上创建多个Chnanel来实现快速数据传输，具体实现方式，创建一个静态的Connection对象不就搞定了，但这种方式问题是，如果我需要连接多个MQ服务器呢，如果我这边根据业务进行了划分，不同的业务数据，需要分别传输到不同的MQ服务器上，如订单数据和聊天数据，是分别发到不同的MQ服务器上面，如果只是有一个静态的Connection对象，怎么可能同时连接2台服务器呢，另外的问题，如果现在客户端发送数据量较大，一个Connection实在是传输不过来，而且Connection虽说是可以给大家共享传输，但具体传输时，还是某一个具体传输Channel会独占整个Connection中的TCP连接，这样传输量一大，Connection忙不过来，还是会导致拥塞的发生。
解决办法：创建Connection池，如果不同的服务器，会分别有不同的Connection对象，如果一个Connection对象传输不过来，会有多个Connection对象同时在传输数据。连接池在创建多个连接之后，如果某个连接闲置时间超过指定的时间，则连接池会进行单个连接的dispose和remove动作，将连接先销毁，再从连接池中移除，确保不会长期占用无效连接。

3.2、Channel对象的创建、销毁的耗时问题，管理问题：
Channel对象，即Connection对象上的TCP连接上的软连接，我们程序具体使用的就是Channel对象进行数据传输，我自己记录了Channel对象创建和销毁的耗时，也是非常长的，为什么Channel对象的创建和销毁会非常耗时，我仔细查了MQ Clinet的源码，发现创建和销毁Channel时，MQ Client分别向MQ服务器发送了2次数据，用于分别通知MQ服务器，当前这个Channel接下来数据传输时用的数据协议，报文格式，以及其它通信相关的信息。销毁时，又重新向MQ服务器发送了数据，通知MQ服务器，断开这个Channel，并且释放MQ服务器上面关于这个Channel所占用的资源。在平常情况下2次TCP数据传输，一般要耗时1毫秒左右，还可以接受，但在高并发下，2次TCP数据传输，则会很耗时，而且如果MQ服务器压力比较大，迟迟不响应客户端请求，则客户端会等待以及整个耗时会更长。而且MQ官方也是推荐共享使用Channel，而不是每次都创建和销毁Channel。
现在问题来了，我怎么才能实现共享Channel，我查了MQ Client源码，Connection对象中确实有集合在存放所有的Channel，但居然没有提供方法让我来使用和管理这里面的Chanel，
具体的原因不详，有兴趣的朋友可以自己在查一下MQ Client的源码。另外如果我创建多个Channel之后，如果不再使用的Channel在闲置时间超过指定的时间之后，如何销毁呢，另外我查了源码，如果我们不设置Connection对象Channel池的长度，则一个Connection对象的Channel数量可以无限增加，因为Channel在传输时，实际上是独占TCP连接，如果Channel无限增加的话，会导致这个TCP拥塞，如果我设置了Channel池的长度，则我创建Channel的数量超过Channel池的长度，则MQ Client直接抛出异常，提示Channel池长度越界（这是我从MQ Client源码中查到的），这样的话，我创建Channel时，需要判断Channel池的长度，防止越界，基于这些问题，我再在外面开发了一个Channel池，用于创建和管理单个Connection对象的Channel对象。如果Chnanel的池数量达到指定数量时，则会新建Connection对象，在新的Connection对象中创建Channel，如果Channel的闲置时间到达指定时间，则会在后台销毁这个Channel对象，如果一个Connection对象的的Channel全部被销毁了并且Connection对象的闲置时间也到达了，则Connection对象也会被销毁。

性能测试结果如下：我这边自己用200线程，发送了20万个和60万个消息，做了压力测试，另外还有心跳功能和闲置超过指定时间，主动dispose的功能。
Connection池数量：4，Channel池数量：15 总耗时：218.731秒，平均每秒发送数量：913

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