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  • ActiveMQ系列—ActiveMQ集群方案（1）

    序：多节点方案

    集群方案主要为了解决系统架构中的两个关键问题：高可用和高性能。ActiveMQ服务的高可用性是指，在ActiveMQ服务性能不变、数据不丢失的前提下，确保当系统灾难出现时ActiveMQ能够持续提供消息服务，高可靠性方案最终目的是减少整个ActiveMQ停止服务的时间。

    ActiveMQ服务的高性能是指，在保证ActiveMQ服务持续稳定性、数据不丢失的前提下，确保ActiveMQ集群能够在单位时间内吞吐更高数量的消息、确保ActiveMQ集群处理单条消息的时间更短、确保ActiveMQ集群能够容纳更多的客户端稳定连接。

    下面我们分别介绍如何通过多个ActiveMQ服务节点集群方式，分别提供热备方案和高性能方案。最后我们讨论如何将两种方案结合在一起，最终形成在生成环境下使用的推荐方案。

    ActiveMQ高性能方案

    ActiveMQ的多节点集群方案，主要有动态集群和静态集群两种方案。所谓动态集群就是指，同时提供消息服务的ActiveMQ节点数量、位置（IP和端口）是不确定的，当某一个节点启动后，会通过网络组播的方式向其他节点发送通知（同时接受其他节点的组播信息）。当网络中其他节点收到组播通知后，就会向这个节点发起连接，最终将新的节点加入ActiveMQ集群；所谓静态集群是指同时提供消息服务的多个节点的位置（IP和端口）是确定的，每个节点不需要通过广播的方式发现目标节点，只需要在启动时按照给定的位置进行连接。

    1、基于组播（multicast）的节点发现

    在使用动态集群配置时，当某个ActiveMQ服务节点启动后并不知道整个网络中还存在哪些其他的服务节点。所以ActiveMQ集群需要规定一种节点与节点间的发现机制，以保证能够解决上述问题。ActiveMQ集群中，使用“组播”原理进行其他节点的发现。

    组播（multicast）基于UDP协议，它是指在一个可连通的网络中，某一个数据报发送源向一组数据报接收目标进行操作的过程。在这个过程中，数据报发送者只需要向这个组播地址（一个D类IP）发送一个数据报，那么加入这个组播地址的所有接收者都可以收到这个数据报。组播实现了网络中单点到多点的高效数据传送，能够节约大量网络带宽，降低网络负载。

    这里写图片描述

    在IP协议中，规定的D类IP地址为组播地址。224.0.0.0~239.255.255.255这个范围内的IP都是D类IP地址，其中有一些IP段是保留的有特殊含义的：

    • 224.0.0.0～224.0.0.255：这个D类IP地址段为保留地址，不建议您在开发过程中使用，因为可能产生冲突。例如224.0.0.5这个组播地址专供OSPF协议（是一种路由策略协议，用于找到最优路径）使用的组播地址；224.0.0.18这个组播地址专供VRRP协议使用（VRRP协议是虚拟路由器冗余协议）；

    • 224.0.1.0～224.0.1.255：这个D类IP地址为公用组播地址，用于在整个Internet网络上进行组播。除非您有顶级DNS的控制/改写权限，否则不建议在局域网内使用这个组播地址断；

    • 239.0.0.0～239.255.255.255：这个D类IP地址段为推荐在局域网内使用的组播地址段。注意，如果要在局域网内使用组播功能，需要局域网中的交换机/路由器支持组播功能。幸运的是，目前市面上只要不是太过低端的交换机/路由器，都支持组播功能（组播功能所使用的主要协议为IGMP协议，关于IGMP协议的细节就不再进行深入了）。

    下面我们使用java语言，编写一个局域网内的组播发送和接受过程。以便让各位读者对基于组播的节点发现操作有一个直观的理解。虽然ActiveMQ中关于节点发现的过程，要比以下的示例复杂得多，但是基本原理是不会改变的。

    组播数据报发送者：

    import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;
import java.util.Date;

public class SendMulticast {
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        // 组播地址
        InetAddress group = InetAddress.getByName("239.0.0.5");
        // 组播端口，同时也是UDP 数据报的发送端口
        int port = 19999;
        MulticastSocket mss = null;  

        // 创建一个用于发送/接收的MulticastSocket组播套接字对象
        mss = new MulticastSocket(port);
        // 创建要发送的组播信息和UDP数据报
        // 携带的数据内容，就是这个activeMQ服务节点用来提供Network Connectors的TCP/IP地址和端口等信息
        String message = "我是一个活动的activeMQ服务节点（节点编号:yyyyyyy），我的可用tcp信息为：XXXXXXXXXX : ";  
        byte[] buffer2 = message.getBytes(); 
        DatagramPacket dp = new DatagramPacket(buffer2, buffer2.length, group, port);
        // 使用组播套接字joinGroup(),将其加入到一个组播
        mss.joinGroup(group);

        // 开始按照一定的周期向加入到224.0.0.5组播地址的其他ActiveMQ服务节点进行广播
        Thread thread = Thread.currentThread();
        while (!thread.isInterrupted()) {
            // 使用组播套接字的send()方法，将组播数据包对象放入其中，发送组播数据包
            mss.send(dp);
            System.out.println(new Date() + "发起组播：" + message);
            synchronized (SendMulticast.class) {
                SendMulticast.class.wait(5000);
            }
        }

        mss.close();
    }
}

    组播数据报接收者：

    import java.net.DatagramPacket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.MulticastSocket;

/**
 * 测试接收组播信息
 */
public class AcceptMulticast {
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        // 建立组播套接字，并加入分组
        MulticastSocket multicastSocket = new MulticastSocket(19999);
        // 注意，组播地址和端口必须和发送者的一直，才能加入正确的组
        InetAddress ad = InetAddress.getByName("239.0.0.5");
        multicastSocket.joinGroup(ad);

        // 准备接收可能的组播信号
        byte[] datas = new byte[2048];
        DatagramPacket data = new DatagramPacket(datas, 2048, ad, 19999);
        Thread thread = Thread.currentThread();

        // 开始接收组播信息，并打印出来
        System.out.println(".....开始接收组播信息.....");
        while (!thread.isInterrupted()) {
            multicastSocket.receive(data);
            int leng = data.getLength();
            System.out.println(new String(data.getData(), 0, leng, "UTF-8"));
        }

        multicastSocket.close();
    }
}

    2、桥接Network Bridges

    为了实现ActiveMQ集群的横向扩展要求和高稳定性要求，ActiveMQ集群提供了Network Bridges功能。通过Network Bridges功能，技术人员可以将多个ActiveMQ服务节点连接起来。并让它们通过配置好的策略作为一个整体对外提供服务。

    这样的服务策略主要包括两种：主/从模式和负载均衡模式。对于第一种策略我们会在后文进行讨论。本节我们要重点讨论的是基于Network Bridges的负载均衡模式。

    这里写图片描述

    3、动态Network Connectors

    既然已经讲述了ActiveMQ中的动态节点发现原理和ActiveMQ Network Bridges的概念，那么关于ActiveMQ怎样配置集群的方式就是非常简单的问题了。我们先来讨论如何进行基于组播发现的ActiveMQ负载均衡模式的配置——动态网络连接Network Connectors；再来讨论基于固定地址的负载均衡模式配置——静态网络连接Network Connectors。

    要配置基于组播发现的ActiveMQ负载均衡模式，其过程非常简单。开发人员只需要在每一个ActiveMQ服务节点的主配置文件中（activemq.xml），添加/更改 以下配置信息即可：

    ......
<transportConnectors>
    <!-- 在transportConnector中增加discoveryUri属性，表示这个transportConnector是要通过组播告知其它节点的：使用这个transportConnector位置连接我 -->
    <transportConnector name="auto" uri="auto+nio://0.0.0.0:61616?maximumConnections=1000&amp;wireFormat.maxFrameSize=104857600&amp;org.apache.activemq.transport.nio.SelectorManager.corePoolSize=20&amp;org.apache.activemq.transport.nio.SelectorManager.maximumPoolSize=50&amp;consumer.prefetchSize=5" discoveryUri="multicast://239.0.0.5" />
</transportConnectors>

......

<!-- 关键的networkConnector标签， uri属性标示为组播发现-->
<networkConnectors>
    <networkConnector uri="multicast://239.0.0.5" duplex="false"/>
</networkConnectors>

......

    3.1、networkConnector标签

    如果使用ActiveMQ的组播发现功能，请在networkConnector标签的uri属性中添加如下格式的信息：

    multicast://[组播地址][:端口]

    例如，您可以按照如下方式使用ActiveMQ默认的组播地址来发现网络种其他ActiveMQ服务节点：

    #ActiveMQ集群默认的组播地址（239.255.2.3）：
multicast://default

    也可以按照如下方式，指定一个组播地址——这在高安全级别的网络中很有用，因为可能其他的组播地址已经被管理员禁用。注意组播地址只能是D类IP地址段：

    #使用组播地址239.0.0.5
multicast://239.0.0.5

    以下是通过抓包软件获得的的组播UDP报文：

    这里写图片描述

    从上图中我们可以获得几个关键信息：

    • 192.168.61.138和192.168.61.139这两个IP地址分别按照一定的周期（1秒一次），向组播地址239.0.0.5发送UDP数据报。以便让在这个组播地址的其它服务节点能够感知自己的存在；

    • 另外，以上UDP数据报文使用的端口是6155。您也可以更改这个端口信息通过类似如下的方式：

    #使用组播地址239.0.0.5:19999
multicast://239.0.0.5:19999
    • 每个UDP数据报中，包含的主要信息包括本节点ActiveMQ的版本信息，以及连接到自己所需要使用的host名字、协议名和端口信息。类似如下：
    default.ActiveMQ-4.ailve%localhost%auto+nio://activemq:61616

    3.2、transportConnector标签的关联设置

    任何一个ActiveMQ服务节点A，要连接到另外的ActiveMQ服务节点，都需要使用当前节点A已经公布的transportConnector连接端口，例如以下配置中，能够供其它服务节点进行连接的就只有三个transportConnector连接中的任意一个：

    ......
<transportConnectors>
    <!-- 其它ActiveMQ服务节点，只能使用以下三个连接协议和端口进行连接 -->
    <!-- DOS protection, limit concurrent connections to 1000 and frame size to 100MB -->
    <transportConnector name="tcp" uri="tcp://0.0.0.0:61614?maximumConnections=1000&amp;wireFormat.maxFrameSize=104857600"/>
    <transportConnector name="nio" uri="nio://0.0.0.0:61618?maximumConnections=1000" />
    <transportConnector name="auto" uri="auto://0.0.0.0:61617?maximumConnections=1000" />   
</transportConnectors>
......

    那么要将哪一个连接方式通过UDP数据报向其他ActiveMQ节点进行公布，就需要在transportConnector标签上使用discoveryUri属性进行标识，如下所示：

    ......
<transportConnectors>
    ......
    <transportConnector name="ws" uri="ws://0.0.0.0:61614?maximumConnections=1000&amp;wireFormat.maxFrameSize=104857600"/>
    <transportConnector name="auto" uri="auto+nio://0.0.0.0:61616?maximumConnections=1000&amp;wireFormat.maxFrameSize=104857600" discoveryUri="multicast://239.0.0.5" />
</transportConnectors>

......
<networkConnectors>
    <networkConnector uri="multicast://239.0.0.5"/>
</networkConnectors>
......

    3.3：其他注意事项

    • 关于防火墙：请记得关闭您Linux服务器上对需要公布的IP和端口的限制；

    • 关于hosts路由信息：由于基于组播的动态发现机制，能够找到的是目标ActiveMQ服务节点的机器名，而不是直接找到的IP。所以请设置当前服务节点的hosts文件，以便当前ActiveMQ节点能够通过hosts文件中的IP路由关系，得到机器名与IP的映射：

    # hosts文件

    ......
    
192.168.61.139          activemq1
    
192.168.61.138          activemq2
    
......

    • 关于哪些协议能够被用于进行Network Bridges连接：根据笔者以往的使用经验，只有tcp头的uri格式（openwire协议）能够被用于Network Bridges连接；当然您可以使用auto头，因为其兼容openwire协议；另外，您还可以指定为附加nio头。

    4、静态Network Connectors

    相比于基于组播发现方式的动态Network Connectors而言，虽然静态Network Connectors没有那样灵活的横向扩展性，但是却可以适用于网络环境受严格管理的情况。例如：管理员关闭了交换机/路由器的组播功能、端口受到严格管控等等。

    配置静态Network Connectors的ActiveMQ集群的方式也很简单，只需要更改networkConnectors标签中的配置即可，而无需关联改动transportConnectors标签。但是配置静态Network Connectors的ActiveMQ集群时，需要注意非常关键的细节：每一个节点都要配置其他所有节点的连接位置。

    为了演示配置过程，我们假设ActiveMQ集群由两个节点构成，分别是activemq1：192.168.61.138 和 activemq2：192.168.61.139。那么配置情况如下所示：

    192.168.61.138：需要配置activemq2的位置信息以便进行连接：

    ......
<transportConnectors>
    <transportConnector name="auto" uri="auto+nio://0.0.0.0:61616?maximumConnections=1000&amp;wireFormat.maxFrameSize=104857600&amp;consumer.prefetchSize=5"/>
</transportConnectors>
......

<!-- 请注意，一定需要192.168.61.139(activemq2)提供了这样的连接协议和端口 -->
<networkConnectors>
    <networkConnector uri="static:(auto+nio://192.168.61.139:61616)"/>
</networkConnectors>
......

    192.168.61.139：需要配置activemq1的位置信息以便进行连接：

    ......
<transportConnectors>
    <transportConnector name="auto" uri="auto+nio://0.0.0.0:61616?maximumConnections=1000&amp;wireFormat.maxFrameSize=104857600&amp;consumer.prefetchSize=5"/>
</transportConnectors>

......
<!-- 请注意，一定需要192.168.61.138(activemq1)提供了这样的连接协议和端口 -->
<networkConnectors>
   <networkConnector uri="static:(auto+nio://192.168.61.138:61616)"/>
</networkConnectors>
......

    同理，如果您的ActiveMQ集群规划中有三个ActiveMQ服务节点，那么任何一个节点都应该配置其它两个服务节点的连接方式。在配置格式中使用“,”符号进行分割：

    ......
<networkConnectors>
    <networkConnector uri="static:(tcp://host1:61616,tcp://host2:61616,tcp://..)"/>
</networkConnectors>
......

    以下是配置完成后可能的效果：

    192.168.61.138（activemq1）：

    这里写图片描述

    192.168.61.139（activemq2）：

    这里写图片描述

    5、其他配置属性

    下表列举了在networkConnector标签中还可以使用的属性以及其意义。请特别注意其中的duplex属性。如果只从字面意义理解该属性，则被称为“双工模式”；如果该属性为true，当这个节点使用Network Bridge连接到其它目标节点后，将强制目标也建立Network Bridge进行反向连接。其目的在于让消息既能发送到目标节点，又可以通过目标节点接受消息，但实际上大多数情况下是没有必要的，因为目标节点一般都会自行建立连接到本节点。所以，该duplex属性的默认值为false。

    属性名称 默认值 属性意义
    name bridge 名称
    dynamicOnly false 如果为true, 持久订阅被激活时才创建对应的网路持久订阅。
    decreaseNetworkConsumerPriority false 如果为true，网络的消费者优先级降低为-5。如果为false，则默认跟本地消费者一样为0.
    excludedDestinations empty 不通过网络转发的destination
    dynamicallyIncludedDestinations empty 通过网络转发的destinations，注意空列表代表所有的都转发。
    staticallyIncludedDestinations empty 匹配的都将通过网络转发-即使没有对应的消费者，如果为默认的“empty”，那么说明所有都要被转发
    duplex false 已经进行详细介绍的“双工”属性。
    prefetchSize 1000 设置网络消费者的prefetch size参数。如果设置成0，那么就像之前文章介绍过的那样：消费者会自己轮询消息。显然这是不被允许的。
    suppressDuplicateQueueSubscriptions false 如果为true, 重复的订阅关系一产生即被阻止（V5.3+ 的版本中可以使用）。
    bridgeTempDestinations true 是否广播advisory messages来创建临时destination。
    alwaysSyncSend false 如果为true，非持久化消息也将使用request/reply方式代替oneway方式发送到远程broker（V5.6+ 的版本中可以使用）。
    staticBridge false 如果为true，只有staticallyIncludedDestinations中配置的destination可以被处理（V5.6+ 的版本中可以使用）。

    以下这些属性，只能在静态Network Connectors模式下使用：

    属性名称 默认值 属性意义
    initialReconnectDelay 1000 重连之前等待的时间(ms) (如果useExponentialBackOff为false)
    useExponentialBackOff true 如果该属性为true，那么在每次重连失败到下次重连之前，都会增大等待时间
    maxReconnectDelay 30000 重连之前等待的最大时间(ms)
    backOffMultiplier 2 增大等待时间的系数

    请注意这些属性，并不是networkConnector标签的属性，而是在uri属性中进行设置的，例如：

    uri="static:(tcp://host1:61616,tcp://host2:61616)?maxReconnectDelay=5000&useExponentialBackOff=false"
                <link href="https://csdnimg.cn/release/phoenix/mdeditor/markdown_views-ff98e99283.css" rel="stylesheet">
                            </div>
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