分布式消息系统的设计要点

分布式缓存方面，redis勇夺花魁。但对于消息队列mq来说，还处于百花齐放的年代。

缓存系统，基本上解决一个存取问题，就万事大吉了，调用是同步的。对于消息队列来说，就不太一样。它的使用场景多样，可靠级别多变，从生产端到消费端，过程是异步的。

消息系统的设计要点，有很多。现在，很难有一个消息系统，能够兼顾下面提到的设计要点。它要是说可以，那就是母体在吹。

所以很多时候，现在流行的Kafka、RabbitMQ、RocketMQ等，会被同时使用。如果你在做相关方面的选型，下面这些技术点就是权衡之处。那句话叫什么来着：牝鸡司晨，惟家之索。

要点

本文将针对这些mq，从整体上抽象一些共有特性。包括：协议、类型、消费方式、堆积能力、高可用、高可靠、高性能、扩展性和生态。如果你想要深入某个mq，这里也有几篇关于kafka的文章。

高可用

高可用主要解决集群单节点，在异常情况下的failover和HA。解决高可用问题的一般思路就是副本机制。

通过增加副本，可以将数据的风险分散到多台机器上。这就需要在主分片出现问题时，能够从副本中找出一个作为新的主分片。有很多这样的协调工具，比如zk。也有的mq，自己去实现这个过程。

有的模式就比较浪费资源了，比如rocketmq，使用standby从机进行高可用保证，出问题再顶上来。

高可靠

消息系统的可靠性和性能是相悖的。一般的mq，可靠性级别都是可以调节的，但性能会发生相反的联动性。从消息级别来说，大体路线有：

发出去就不管了->单节点确认->多节点确认->多节点确认同步刷盘->所有节点同步刷盘->事务消息等。

单机高可靠

集群的高可靠方面，会有ack机制和多副本机制进行保证。对于单个节点来说，断电或者主机异常，会是一个比较大的挑战。为了处理这种情况，需要有刷盘机制或者其他持久化机制。同时，数据的完整性校验也是需要的，这也是类似kafka这种消息系统，数据量大的时候，启动时间非常长的原因。

生产端

生产端除了要考虑buffer丢失的问题，还要考虑到一些发送错误的情况，包括与集群通信的超时和重试处理。

消费端

消费端通过消息确认机制来保证消息已经被正确消费。由于其间会发生很多异常情况，所以大多数消息系统保证at least once语义。即确保消息至少被消费1次。

言外之意，消息是会重复的，消费者需要做到幂等，保证重复消费不会引起业务异常。

消费端同样会发生一些错误情况，有些mq可以在多次消费失败后自动进入死信队列，有些mq需要自行设计topic进行规划。

高性能

作为一个数据传输的通道，性能是一个非常有分量的考量点。其中两个比较重要的指标，一个是消息的延迟性，一个就是消息的吞吐量。

消息从生产端发出，到消费者处理，其间的过程不能太长，对于使用拉模式来消费的mq来说，就要加快轮询速度，并使用零拷贝一类的技术加快数据传输。

对于消息吞吐量来说，是一个生产端、mq节点、消费端共同优化的结果。目前主要有以下手段：

异步化

消息采用异步发送的方式，发送端不用同步等待，加快了处理速度。

batch

采用批量发送的方式，减少网络传输的次数，方便进行数据压缩。一般是内存中缓冲一个buffer，如果buffer满了，或者到达了时间窗口，则进行一次传输。这能够显著增加传输速度，但处理不当容易丢失数据。

顺序IO

xjjdog已经在多篇文章提到，顺序性操作磁盘，比随机操作内存速度快的多。这也是kafka之类的消息队列速度快的原因之一，但要注意主题的数量(想下为什么)。

另外，还有其他手段。比如优化操作系统参数，使用分片增加并行度等。

消息类型

消息有点对点的，一条消息只会被消费一次。Pub/Sub通过发布/订阅模式，一条消息能够被多个消费端消费。还有一种消息是通过广播模式进行广播，即producer发送消息，所有的consumer都会收到。

除了普通发送的消息，还有一些特殊用途的消息。顺序性消息有全局有序和分区有序之分，一般用于有严格顺序要求的业务。通过业务的设计，可以规避全局有序这种非常耗性能的操作。

有些mq还支持定时消息(私以为这种放业务系统更佳)。事务消息更加耗费性能，慎用。

还有一些mq，提供打tag、进行消息过滤的功能。比如订单信息发送到一个topic，消费者只订阅相关商品的订单，某些有求隔离的情况，非常有用。

消费模式

消费模式，主要有推模式和拉模式。拉模式最为实用和流行，因为消费处理速度可以由消费端进行调节。

推模式的实时性更好一些，但不好评估消费端能力，容易将其压垮。同时，处理pub/sub，失败重试等，也有很多挑战。

协议

大家都知道java中有一个JMS规范，但是类似于kafka这种却没有实现这个规范。所以一些协议，比如amqp、openwire等，有更加明显的定制型。

这个传输协议，与功能关系不大。比如就有基于http协议的，或者redis协议，甚至websocket之上的stomp。

mqtt是物联网IoT的应用协议，你会发现一大坨基于它的消息队列。

（编辑：上饶站长网）

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