rabbitmq系列二 之工作队列

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1、工作队列的简介

　　在上一篇中，我们已经写了一个从已知队列中发送和获取消息的程序，在这里，我们创建一个工作队列（work queue）， 会发送一些耗时的任务给多个工作者。模型图如下：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　工作队列，由称为任务队列（task queue）， 主要是为了避免一些占用大量资源，时间的操作。当我们把任务（task）当作消息发送到队列时， 一个运行在后台的工作者（worker），当你运行多个工作者，任务就会在它们之间共享。

　　这个概念在网络应用中是非常有用的，它可以在短暂的HTTP请求中处理一些复杂的任务。

2、准备

　　之前的教程中，我们发送了一个包含“Hello World!”的字符串消息。现在，我们将发送一些字符串，把这些字符串当作复杂的任务。我们没有真实的例子，例如图片缩放、pdf文件转换。所以使用time.sleep()函数来模拟这种情况。我们在字符串中加上点号（.）来表示任务的复杂程度，一个点（.）将会耗时1秒钟。比如"Hello..."就会耗时3秒钟。

　　我们对之前教程的send.java做些简单的调整，以便可以发送随意的消息。这个程序会按照计划发送任务到我们的工作队列中。我们把它命名为NewTask.java，代码如下：

package rabbitmq.main;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

import com.rabbitmq.client.Channel;
import com.rabbitmq.client.Connection;

import rabbitmq.utils.ConnectionUtils;

public class NewTask {

    private static final String QUEUE_NAME = "rabbitmq_queue";

    public static void main(String[] args) throws IOException, TimeoutException {
        // 获取一个连接
        Connection connection = ConnectionUtils.getConnection();
        // 从连接中获取一个通道
        Channel channel = connection.createChannel();
        // 创建队列
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, false, false, false, null);
        String[] messages = getMessage(args);
        for(String message : messages) {
            // 往队列里发送消息
            channel.basicPublish("", QUEUE_NAME, null, message.getBytes());
            System.out.println("Send '" + message + "'");
        }
        // 关闭通道
        channel.close();
        // 关闭连接
        connection.close();
    }

    private static String[] getMessage(String[] strings) {
        if (strings.length < 1) {
            strings = new String[] {
                    "1 message.",
                    "2 message..",
                    "3 message...",
                    "4 message.",
                    "5 message..",
                    "6 message...",
                    "7 message.",
                    "8 message..",
                    "9 message...",
                    "10 message.",
            };
        }
        
        return strings;
        
    }

}

　　我们的代码（receive.java）同样需要做一些改动：它需要为消息体中每一个点号（.）模拟1秒钟的操作。它会从队列中获取消息并执行，我们把它命名为worker1.java和worker2.java，这两个的代码时一摸一样的，代码如下：

package rabbitmq.main;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

import com.rabbitmq.client.AMQP.BasicProperties;
import com.rabbitmq.client.Channel;
import com.rabbitmq.client.Connection;
import com.rabbitmq.client.Consumer;
import com.rabbitmq.client.DefaultConsumer;
import com.rabbitmq.client.Envelope;

import rabbitmq.utils.ConnectionUtils;

public class Worker1 {
    private static final String QUEUE_NAME = "rabbitmq_queue";

    public static void main(String[] args) throws IOException, TimeoutException {
        // 获取连接
        Connection connection = ConnectionUtils.getConnection();
        // 创建 管道
        Channel channel = connection.createChannel();
        // 创建声明队列(可有可无)
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, false, false, false, null);
        Consumer consumer = new DefaultConsumer(channel) {
            @Override
            public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, BasicProperties properties, byte[] body)
                    throws IOException {
                String message = new String(body, "UTF-8");
                System.out.println("Received '" + message + "'");
                try {
                    doWork(message);
                }catch(Exception exception){
                    System.out.println(" [x] error");
                }finally {
//                     System.out.println("Done");
                }
            }
            
        };
        boolean autoAck = true; // acknowledgment is covered below
        // 监听队列
        channel.basicConsume(QUEUE_NAME, autoAck, consumer);
    }
    
    private static void doWork(String task) throws InterruptedException {
        for (char ch : task.toCharArray()) {
            if (ch == '.')
                Thread.sleep(1000);
        }
    }

}

3、循环调度（轮询调度）

　　使用工作队列的一个好处就是它能够并行的处理队列。如果堆积了很多任务，我们只需要添加更多的工作者（workers）就可以了，扩展很简单。

首先，我们先同时运行worker1.java和worker2.java程序，它们都会从队列中获取消息，到底是不是这样呢？我们看看。需要打开三个终端，两个用来运行worker1.java和worker2.java程序，这两个终端就是我们的两个消费者（consumers）—— C1 和 C2。

　　最后执行NewTask.java程序，其中效果如下：

　　

　　worker1的效果如下：

　　

　　worker2的效果如下：

　　默认来说，RabbitMQ会按顺序得把消息发送给每个消费者（consumer）。平均每个消费者都会收到同等数量得消息。这种发送消息得方式叫做——轮询（round-robin）。

4、消息确认　

　　当处理一个比较耗时得任务的时候，你也许想知道消费者（consumers）是否运行到一半就挂掉。当前的代码中，当消息被RabbitMQ发送给消费者（consumers）之后，马上就会在内存中移除。这种情况，你只要把一个工作者（worker）停止，正在处理的消息就会丢失。同时，所有发送到这个工作者的还没有处理的消息都会丢失。

　　我们不想丢失任何任务消息。如果一个工作者（worker）挂掉了，我们希望任务会重新发送给其他的工作者（worker）。

　　为了防止消息丢失，RabbitMQ提供了消息响应（acknowledgments）。消费者会通过一个ack（响应），告诉RabbitMQ已经收到并处理了某条消息，然后RabbitMQ就会释放并删除这条消息。

　　如果消费者（consumer）挂掉了，没有发送响应，RabbitMQ就会认为消息没有被完全处理，然后重新发送给其他消费者（consumer）。这样，及时工作者（workers）偶尔的挂掉，也不会丢失消息。

　　消息是没有超时这个概念的；当工作者与它断开连的时候，RabbitMQ会重新发送消息。这样在处理一个耗时非常长的消息任务的时候就不会出问题了。

　　消息响应默认是开启的。之前的例子中我们可以使用no_ack=True标识把它关闭。是时候移除这个标识了，当工作者（worker）完成了任务，就发送一个响应。

　　在worker2代码中都做如下修改，当收到第7个或者第八个消息的工作者就挂掉，然后进行测试。

package rabbitmq.main;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

import com.rabbitmq.client.AMQP.BasicProperties;
import com.rabbitmq.client.Channel;
import com.rabbitmq.client.Connection;
import com.rabbitmq.client.Consumer;
import com.rabbitmq.client.DefaultConsumer;
import com.rabbitmq.client.Envelope;

import rabbitmq.utils.ConnectionUtils;

public class Worker2 {
    private static final String QUEUE_NAME = "rabbitmq_queue";

    public static void main(String[] args) throws IOException, TimeoutException {
        // 获取连接
        Connection connection = ConnectionUtils.getConnection();
        // 创建 管道
        Channel channel = connection.createChannel();
//        channel.basicQos(1); // accept only one unack-ed message at a time (see below)
        // 创建声明队列(可有可无)
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, false, false, false, null);
        Consumer consumer = new DefaultConsumer(channel) {
            @Override
            public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, BasicProperties properties, byte[] body)
                    throws IOException {
                String message = new String(body, "UTF-8");
                System.out.println("Received '" + message + "'");
                if(message.contains("7") || message.contains("8")) {
                     System.exit(0);
                }
                try {
                    doWork(message);
                }catch(Exception exception){
                    System.out.println(" [x] error");
                }finally {
//                     System.out.println(" [x] Done");
                     channel.basicAck(envelope.getDeliveryTag(), false); //给rabbitmq发送确认消息，我已经处理完任务了
                }
            }
            
        };
        boolean autoAck = false; // acknowledgment is covered below
        // 监听队列
        channel.basicConsume(QUEUE_NAME, autoAck, consumer);
    }
    
    private static void doWork(String task) throws InterruptedException {
        for (char ch : task.toCharArray()) {
            if (ch == '.')
                Thread.sleep(1000);
        }
    }

}

work1的代码如下：

package rabbitmq.main;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

import com.rabbitmq.client.AMQP.BasicProperties;
import com.rabbitmq.client.Channel;
import com.rabbitmq.client.Connection;
import com.rabbitmq.client.Consumer;
import com.rabbitmq.client.DefaultConsumer;
import com.rabbitmq.client.Envelope;

import rabbitmq.utils.ConnectionUtils;

public class Worker1 {
    private static final String QUEUE_NAME = "rabbitmq_queue";

    public static void main(String[] args) throws IOException, TimeoutException {
        // 获取连接
        Connection connection = ConnectionUtils.getConnection();
        // 创建 管道
        Channel channel = connection.createChannel();
//        channel.basicQos(1); // accept only one unack-ed message at a time (see below)
        // 创建声明队列(可有可无)
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, false, false, false, null);
        
        Consumer consumer = new DefaultConsumer(channel) {
            @Override
            public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, BasicProperties properties, byte[] body)
                    throws IOException {
                String message = new String(body, "UTF-8");
                System.out.println("Received '" + message + "'");
                try {
                    doWork(message);
                }catch(Exception exception){
                    System.out.println(" [x] error");
                }finally {
//                     System.out.println("Done");
                     channel.basicAck(envelope.getDeliveryTag(), false);
                }
            }
            
        };
        boolean autoAck = false; // acknowledgment is covered below
        // 监听队列
        channel.basicConsume(QUEUE_NAME, autoAck, consumer);
    }
    
    private static void doWork(String task) throws InterruptedException {
        for (char ch : task.toCharArray()) {
            if (ch == '.')
                Thread.sleep(1000);
        }
    }

}

　　先执行work1和work2，然后执行，work2执行效果如下：

　　

　　当接收到第8个消息的时候就挂掉了，work1执行效果如下：

　　

　　work1还是收到了第8个消息。说明rabbitmq没有收到工作者发送到确认消息，是不会从队列中删除掉消息的，它会把消息发给另一个工作者处理。消息应答是默认打开的，即autoAck默认值是false。

　一个很容易犯的错误就是忘了basic_ack，后果很严重。消息在你的程序退出之后就会重新发送，如果它不能够释放没响应的消息，RabbitMQ就会占用越来越多的内存。channel.basicAck(envelope.getDeliveryTag(), false)， 消息确认这行代码注意加上哦。

5、消息持久化

　　如果你没有特意告诉RabbitMQ，那么在它退出或者崩溃的时候，将会丢失所有队列和消息。为了确保信息不会丢失，有两个事情是需要注意的：我们必须把“队列”和“消息”设为持久化。

　　首先，为了不让队列消失，需要把队列声明为持久化（durable）：

boolean durable = true;   //声明持久化
// 创建队列
channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, durable, false, false, null);

　　尽管这行代码本身是正确的，但是仍然不会正确运行。因为我们已经定义过一个叫hello的非持久化队列。RabbitMq不允许你使用不同的参数重新定义一个队列，它会返回一个错误。但我们现在使用一个快捷的解决方法——用不同的名字，例如task_queue。

channel.queueDeclare("task_queue", durable, false, false, null);

　　在消费者中，也要在相应的代码中修，把队列名改为task_queue

　　这时候，我们就可以确保在RabbitMq重启之后queue_declare队列不会丢失，即队列持久化。我们还要设置消息为持久性，在发送消息的时候，把消息设置为MessageProperties 的PERSISTENT_TEXT_PLAIN值就行，如下：

// 往队列里发送消息
channel.basicPublish("",QUEUE_NAME,MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN, message.getBytes());

　　注意：消息持久化

　　将消息设为持久化并不能完全保证不会丢失。以上代码只是告诉了RabbitMq要把消息存到硬盘，但从RabbitMq收到消息到保存之间还是有一个很小的间隔时间。因为RabbitMq并不是所有的消息都使用fsync(2)——它有可能只是保存到缓存中，并不一定会写到硬盘中。并不能保证真正的持久化，但已经足够应付我们的简单工作队列。如果你一定要保证持久化，你需要改写你的代码来支持事务（transaction）

6、公平调度

　　你应该已经发现，它仍旧没有按照我们期望的那样进行分发。比如有两个工作者（workers），处理奇数消息的比较繁忙，处理偶数消息的比较轻松。然而RabbitMQ并不知道这些，它仍然一如既往的派发消息。

　　这时因为RabbitMQ只管分发进入队列的消息，不会关心有多少消费者（consumer）没有作出响应。它盲目的把第n-th条消息发给第n-th个消费者。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　我们可以使用basic.qos方法，并设置prefetch_count=1。这样是告诉RabbitMQ，再同一时刻，不要发送超过1条消息给一个工作者（worker），直到它已经处理了上一条消息并且作出了响应。这样，RabbitMQ就会把消息分发给下一个空闲的工作者（worker）。在每个工作者中加如下代码：

Channel channel = connection.createChannel();
channel.basicQos(1); // accept only one unack-ed message at a time (see below)

　　

　　注意关于队列大小：如果所有的工作者都处理繁忙状态，你的队列就会被填满。你需要留意这个问题，要么添加更多的工作者（workers），要么使用其他策略。

　　所有的代码整合如下：

　　NewTask.java

package rabbitmq.main;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

import com.rabbitmq.client.Channel;
import com.rabbitmq.client.Connection;
import com.rabbitmq.client.MessageProperties;

import rabbitmq.utils.ConnectionUtils;

public class NewTask {

    private static final String QUEUE_NAME = "rabbitmq_queue";

    public static void main(String[] args) throws IOException, TimeoutException {
        // 获取一个连接
        Connection connection = ConnectionUtils.getConnection();
        // 从连接中获取一个通道
        Channel channel = connection.createChannel();
        boolean durable = true;   //声明持久化
        // 创建队列
        channel.queueDeclare("task_queue", durable, false, false, null);
        String[] messages = getMessage(args);
        for(String message : messages) {
            // 往队列里发送消息
            channel.basicPublish("", QUEUE_NAME, MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN, message.getBytes());
            System.out.println("Send '" + message + "'");
        }
        // 关闭通道
        channel.close();
        // 关闭连接
        connection.close();
    }

    private static String[] getMessage(String[] strings) {
        if (strings.length < 1) {
            strings = new String[] {
                    "1 message.",
                    "2 message..",
                    "3 message...",
                    "4 message.",
                    "5 message..",
                    "6 message...",
                    "7 message.",
                    "8 message..",
                    "9 message...",
                    "10 message.",
            };
        }
        
        return strings;
        
    }

}

　　work1.java

package rabbitmq.main;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

import com.rabbitmq.client.AMQP.BasicProperties;
import com.rabbitmq.client.Channel;
import com.rabbitmq.client.Connection;
import com.rabbitmq.client.Consumer;
import com.rabbitmq.client.DefaultConsumer;
import com.rabbitmq.client.Envelope;

import rabbitmq.utils.ConnectionUtils;

public class Worker1 {
    private static final String QUEUE_NAME = "rabbitmq_queue";

    public static void main(String[] args) throws IOException, TimeoutException {
        // 获取连接
        Connection connection = ConnectionUtils.getConnection();
        // 创建 管道
        Channel channel = connection.createChannel();
        channel.basicQos(1); // accept only one unack-ed message at a time (see below)
        // 创建声明队列(可有可无)
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, false, false, false, null);
        
        Consumer consumer = new DefaultConsumer(channel) {
            @Override
            public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, BasicProperties properties, byte[] body)
                    throws IOException {
                String message = new String(body, "UTF-8");
                System.out.println("Received '" + message + "'");
                try {
                    doWork(message);
                }catch(Exception exception){
                    System.out.println(" [x] error");
                }finally {
//                     System.out.println("Done");
                     channel.basicAck(envelope.getDeliveryTag(), false);
                }
            }
            
        };
        boolean autoAck = false; // acknowledgment is covered below
        // 监听队列
        channel.basicConsume(QUEUE_NAME, autoAck, consumer);
    }
    
    private static void doWork(String task) throws InterruptedException {
        for (char ch : task.toCharArray()) {
            if (ch == '.')
                Thread.sleep(1000);
        }
    }

}

　　work2.java

package rabbitmq.main;

import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

import com.rabbitmq.client.AMQP.BasicProperties;
import com.rabbitmq.client.Channel;
import com.rabbitmq.client.Connection;
import com.rabbitmq.client.Consumer;
import com.rabbitmq.client.DefaultConsumer;
import com.rabbitmq.client.Envelope;

import rabbitmq.utils.ConnectionUtils;

public class Worker2 {
    private static final String QUEUE_NAME = "rabbitmq_queue";

    public static void main(String[] args) throws IOException, TimeoutException {
        // 获取连接
        Connection connection = ConnectionUtils.getConnection();
        // 创建 管道
        Channel channel = connection.createChannel();
        channel.basicQos(1); // accept only one unack-ed message at a time (see below)
        // 创建声明队列(可有可无)
        channel.queueDeclare(QUEUE_NAME, false, false, false, null);
        Consumer consumer = new DefaultConsumer(channel) {
            @Override
            public void handleDelivery(String consumerTag, Envelope envelope, BasicProperties properties, byte[] body)
                    throws IOException {
                String message = new String(body, "UTF-8");
                System.out.println("Received '" + message + "'");
                if(message.contains("7") || message.contains("8")) {
                     System.exit(0);
                }
                try {
                    doWork(message);
                }catch(Exception exception){
                    System.out.println(" [x] error");
                }finally {
//                     System.out.println(" [x] Done");
                     channel.basicAck(envelope.getDeliveryTag(), false); //给rabbitmq发送确认消息，我已经处理完任务了
                }
            }
            
        };
        boolean autoAck = false; // acknowledgment is covered below
        // 监听队列
        channel.basicConsume(QUEUE_NAME, autoAck, consumer);
    }
    
    private static void doWork(String task) throws InterruptedException {
        for (char ch : task.toCharArray()) {
            if (ch == '.')
                Thread.sleep(1000);
        }
    }

}

　　执行效果如下：

　　work1:

　　

　　work2

　　

 　　我们可以看出，不是轮询分发了，谁先做完就发给谁，这种模式也叫能者多劳。