目录
- 《Kafka篇》
- 简述kafka的架构设计原理（入口点）
- 消息队列有哪些作用（简单）
- 消息队列的优缺点，使用场景（基础）
- 消息队列如何保证消息可靠传输
- 死信队列是什么？延时队列是什么？（经典）
- 简述kafka的rebalance机制（比较深入）
- 简述kafka的副本同步机制（比较深入）
- kafka中zookeeper的作用
- kafka中的pull、push的优劣势分析
- kafka中高读写性能原因分析
- kafka高性能高吞吐的原因
- kafka消息丢失的场景以及解决方案（重点）
- kafka为什么比RocketMQ的吞吐量高
- kafka、ActiveMQ、RabbitMQ、RocketMQ对比
- 《RabbitMQ篇》
- RabbitMQ架构设计
- RabbitMQ的交换器类型
- RabbitMQ的普通集群模式
- RabbitMQ的镜像队列原理
- RabbitMQ持久化机制
- RabbitMQ事务消息
- RabbitMQ如何保证消息的可靠性传输
- RabbitMQ的死信队列原理
- RabbitMQ是否可以直连队列
- 《RocketMQ篇》
- 简述RocketMQ架构设计
- 简述RocketMQ持久化机制
- RocketMQ怎么实现顺序消息
- RocketMQ的底层实现原理
- RocketMQ如何保证不丢失消息
- 《MQ总结篇》
- 如何设计一个MQ
- 如何进行产品选型
- 如何保证消息的顺序
《Kafka篇》
简述kafka的架构设计原理（入口点）
无论是那种MQ都会存在三个：producer、MQ的cluster、consumer的group
kafka中还多出了zookeeper，用来维护集群的。
注意分区是将一个整体分割到不同的分区上，主从则是都保留数据整体，不过是主与副本的关系。
Broker：单独的机器
Consumer Group:消费者组，消费者组内每个消费者负责消费不同分区的数据，提高消费能力。逻辑上的一个订阅者
Topic：可以理解为一个队列，Topic将消息分类，生产者和消费者面向的是同一个Topic，它是可以分区的，存在不同的Broker中
Partition：为了实现扩展性，提高并发能力。一个Topic以多个Partition的方式分布到多个Broker上，每个Partition是一个有序的队列。一个Topic的每个Partition都有若干个副本，一个Leader和若干个Follower。生产者发送数据的对象以及消费者消费的数据对象都是Leader。（这一点可以从图中看出，红色的虚线便是如此）Follower负责实时从Leader中同步数据，保持和Leader数据同步。Leader发生故障时，某个Follower会被重新选举为新的Leader。
一个Topic是一个消息主题，是一个逻辑概念。Partition也是逻辑概念。Topic1内部有两个分区：P1、P2，P1有主从、P2也有主从，都是可以设置的。
如果某个Partition设置的主从数小于Broker数，那么不会是每个Broker机子上都有副本。
如果设置的主从数大于Broker数，那么多余的Partition会冗余再Broker中。
接下来看消费者组。组1里面有C1 C2，组2里面有C3 C4。
组1只消费Topic1，组2只消费Topic2
C1消费Topic1的P0。C2消费Topic1的P1，消费的都是Leader节点。这是正常模式。
下面是非正常模式：
C3 C4都消费的是Topic2的P0，此时C3 与C4会形成互斥。当业务高峰期时，MQ中消息堆积过多，可以增加group中的消费者实例，加速消费。
zookeeper则时负责维护broker，与broker维持心跳，哪个broker宕机了，zookeeper都是可以感知到的。
并且生产者与消费者需要锁定分区的Leader，这个信息可以到zookeeper中去取。
消息队列有哪些作用（简单）
1、解耦：使用消息队列来作为两个系统直接的通讯方式，两个系统不需要相互依赖了
2、异步：系统A给消费队列发送完消息之后，就可以继续做其他事情了
3、流量削峰：如果使用消息队列的方式来调用某个系统，那么消息将在队列中排队，由消费者自己控制消费速度。将流量从高峰期引入到低谷期进行处理，起到缓冲作用
消息队列的优缺点，使用场景（基础）
优点：
1、解耦：使用消息队列来作为两个系统直接的通讯方式，两个系统不需要相互依赖了
2、异步：系统A给消费队列发送完消息之后，就可以继续做其他事情了
3、流量削峰：如果使用消息队列的方式来调用某个系统，那么消息将在队列中排队，由消费者自己控制消费速度
缺点：
1、增加了系统复杂度，加上了与MQ交互的逻辑，带入了幂等、重复消费、消息丢失等问题
2、系统可用性降低，MQ的故障会影响系统可用
3、一致性，消费端可能失败。A端将消息送入MQ后就不知道B端对消息处理是否成功。
使用场景：
日志采集：日志量较大时不希望影响到正常的业务，使用MQ异步传送出去，允许小部分的重复记录、记录消失
发布订阅：类似与监听，对感兴趣的消费MQ中的消息
消息队列如何保证消息可靠传输
消息可靠传输代表两层意思：不多也不少
1、为了保证消息不多，也就是消息不能重复，也就是生产者不能重复生产消息，或者消费者不能重复消费消息：
- 要确保消息不多发，这个不容易出现，难以控制
- 从MQ本身来看，尽管有ack或offset的机制，在网络不好或者消费者宕机时，这些标志上传会失败。所以MQ也不能保证正确感知消息是否被消费
- 要避免不重复消费，最保险机制就是消费者实现幂等性，保证就算是重复消费，也不会出现问题。具体来讲，就是不管是MQ push消息还是消费者pull消息都要保证。幂等的概念就是用相同的参数请求C端，处理结果不会因为次数的增加而改变。这边提供三个方案：
1、如果是写redis，就没问题，每次都是set，天然幂等性。但是键值对的超时时间会随着刷set而往后延。
2、生产者发送消息的时候带上一个全局唯一的id，消费者拿到消息后，先根据这个id去redis里查一下，之前有没有被消费过，没有消费过就处理，并且写入这个id到redis。如果消费国了，则不处理
3、基于数据库的唯一键，主键唯一的话，重复的记录就不会被插入
2、消息不能少，也就是消息不能丢失，生产者发送的消息，消费者一定要能消费到：
- 生产者发送消息时，要确认broker确实收到并持久化了这条消息，比如RabbitMQ的confirm机制，Kafka的ack机制都可以保证生产者能正确的将消息发送给broker
- broker要等待消费者真正确认消费到了消息时才删除掉消息，这里通常就是消费端ack机制，消费者接收到一条消息后，如果确认没问题了，就可以给broker发送一个ack，broker接收到ack后才会删除消息
死信队列是什么？延时队列是什么？（经典）
1、死信队列也是一个消费队列，用来存放那些没有成功消费的消息，（重试之后还是失败则进入死信队列），可以用来作为消息重试
2、进入到这个队列中的消息，需要等待设置的时间之后才能被消费者消费到，延时队列就是用来存放需要在指定时间被处理的元素的队列，通常可以用来处理一些具有过期性操作的业务，如十分钟内未支付就取消订单
简述kafka的rebalance机制（比较深入）
该机制会影响kafka的读写性能，在rebalance时，读写会进入阻塞，直到rebalance完成，所以需要尽量避免rebalance。
rebalance指的是consumer group（消费者组）中的消费者和topic下的partion（分区）重新匹配的过程
假设组里面有3个消费者，topic将C1 C2 C3其分区到P1 P2 P3中，进行对应消费
如果C1宕掉了，意味着P1没有消费者来消费了，此时就会进行rebalance 。
又或者，此时group中多了C4 C5 C6，那么此时最好是将它们均分三个Partion，也就是说P1的消息只会发往C1 或者C4，此时也需要进行rebalance。也就是说，新加入节点，需要将分区数与消费者数目进行重新计算匹配。
总结一下何时会产生rebalance
- 1、consumer group 中的成员个数发生变化
- 2、consumer 消费超时，一直没有提交offset
- 3、group订阅的topic个数发生变化
- 4、group订阅的topic的分区数发生变化
所以对应减少rebalance的方法有：
1、超时阈值调大
2、在业务低峰期的时候人工增加topic和partion
那么rebalance具体是什么样的操作呢，下面介绍coordinator发现 group 中的成员个数发生变化主动进行rebalance的操作过程：
coordinator：通常是partion的leader节点（一个partion是有多个副本的，存在leader与follower节点）所在的broker，负责监控group中的consumer的存活，consumer维持到coordinator的心跳（消费者定时向协调者上报心跳），判断consumer是否消费超时
- coordinator通过心跳返回通知consumer进行rebalance。举例，一个group中有C1 C2 C3，此时C1挂了，要进行rebalance，协调者也需要通知C1 C2不能进行消费，由于消费者与协调者之间是通过心跳通信，协调者通过回复心跳，通知消费者进入rebalance状态
- consumer请求coordinator加入group，coordinator会知道有哪些消费者请求它加入group，也就知道了group中有哪些消费者是存活的，coordinator就会选举产生leader consumer
- leader consumer从coordinator获取所有的consumer，然后将partion与所有的consumer进行分配，然后将分配结果封装成syncGroup，发送syncGroup（分配信息）到coordinato
- coordinator拿到分配信息后，通过心跳机制将分配信息下发给consumer，consumer拿到分配信息后就知道它该去消费哪个partion了
- 至此，完成rebalance
还有一种情况，就是leader consumer 监控topic or partion的变化，通知coordinator触发rebalance，之后的流程与上述一致。
rebalance存在的问题：如果C1消费消息超时（并没有提交offset），触发了rebalance，重新分配后，该消息极有可能会被其他消费者C2拿去消费，此时C1消费完成提交offset（表示该消息已经处理完了），那么C2消费完之后也会提交一个offset，导致错误
解决方案如下：coordinator每次rebalance，会标记一个Generation（表示rebalance的周期数）给到consumer，每次rebalance该Generation会+1，consumer提交offset的时候，coordinator会比对Generation，不一致则拒绝提交
简述kafka的副本同步机制（比较深入）
之前有提到partion有leader与follower机制的存在，follower节点可能存在多份。
leader负责处理读写请求，follower不处理客户端请求，只负责从leader那边拉取数据，可以理解为主备模式。当leader挂掉之后，由follower进行选举，follower唯一的功能就只是数据同步。
先看看日志在partition中是如何存储的：
kafka的消息是基于append的顺序追加，所以partition中消息也是有顺序的，可以通过offset来确定消息在partition中的具体位置
下面是消息队列的组成结构：
顺序是从下往上开始
LEO：下一条待写入位置
firstUnstableOffset：第一条未提交数据
LastStableOffset：最后一条已提交数据
LogStartOffset：起始位置
当isolation.level = read_committed，意思是只能够都已提交数据：只能消费到LastStableOffset
当isolation.level = read_uncommitted，意思是能够读到已提交和未提交数据，即可以消费到HW的上一条消息
正常情况下HW应该和LEO位置重合，如果是read_uncommitted的话。但是由于存在ISR机制。
举例partition中有1个Leader和6个followers（f1 ~ f2），ISR只维护6个副本中与Leader中一致的信息，若follower中只有f2 ~ f3与leader消息一致，那么ISR中只保存（f2、f3、Leader）的HW。消费者来消费时，不取决于f2、f3、Leader的HW，而是取决于其中最小的HW，即分区的HW = min(follower.HW, Leader.HW)
一个partition对应的ISR中最小的LEO作为分区的HW，consumer最多只能消费到HW所在的位置
leader收消息后（offset肯定要移动）会更新本地的LEO，leader还会维护follower的LEO即remote_LEO。follower会发出一个fetch同步数据的请求（携带自身的LEO）给leader，leader就知道了ISR列表中所有follower的remote_LEO，然后比较得出最小的remote_LEO，然后作为分区的HW，然后进行更新，再把HW数据响应给follower ，follower拿到HW之后更新自身的HW（取响应的HW和自身LEO中的较小值），然后进行数据落盘，然后LEO+1。所以总的来说follower是异步的形式进行更新HW
ISR：如果一个follower落后leader不超过某个时间阈值，那么则在ISR，否则放在OSR中。
在同步副本的时候，follower获取leader的LEO和LogStartOffset,与本地对比。如果本地的LogStartOffset超出了leader的值，则超过这个值的数据删除，再进行同步，如果本地的小于leader的，那么直接同步。
注意，同步的时候可能会导致消息丢失，leader接受到消息更新完本地后，LEO还没相应给follower的时候，leader自己就挂掉了。然后重启之后原leader就变成follower了（重新选举了），那么它再去向新leader同步的时候就会把原本本地没有同步出去的消息给删除，也代表着这个消息就丢失了。
kafka中zookeeper的作用
zookeeper负责的是集群的管理功能，后面的迭代中zk已经不再了。
看看zk在kafka中存储了哪些节点信息吧：
/brokers/ids：临时节点，kafka连接到zk后创建的节点，保存所有broker节点信息，存储broker的物理地址、版本信息、启动时间等，节点名称为brokerID,broker定时发送心跳到zk，如果断开则该brokerID节点就会被删除。
/brokers/topics：临时节点，节点保存broker节点下所有的topic信息，每一个topic节点下包含了一个固定的partitions节点（/brokers/topics/partitions），partitions的子节点就是topic的分区，每个分区下保存一个state节点，保存着当前leader分区和ISR(可靠的从节点列表)的brokerID，state节点由leader创建，若leader宕机该节点会被删除，直到有新的leader选举产生、重新生成state节点
/consumer/[group_id]/owners/[topic]/[broker_id-partition_id]：维护消费者和分区的注册关系（哪个消费者消费哪个分区）
/consumer/[group_id]/offsets/[topic]/[broker_id-partition_id]：分区消息的消息进度offset
cilent通过topic找到topic树下的state节点，获取leader的brokerID，到broker树中找到brokerID的物理地址，但是cilent不会直接连着zk，而是通过配置的broker获取到zk中的信息。
kafka中的pull、push的优劣势分析
pull模式：
- 根据consumer的消费能力进行数据拉取，可以控制速率
- 可以批量拉取，也可以单条拉取
- 可以设置不同的提交方式，实现不同的传输语义
缺点：如果kafka没有数据，会导致consumer空循环，消耗资源
解决：通过参数设置，consumer拉取数据为空或者没有达到一定数量时进行阻塞
push模式：
不会导致consumer循环等待。
缺点：速率固定，忽略了consumer的消费能力，可能导致拒绝服务或者网络拥塞等情况
kafka中高读写性能原因分析
原因两点：顺序写 + 零拷贝
kafka是一个文件系统，不基于内存，而是直接硬盘存储，因此消息堆积能力能强。
顺序写：利用磁盘的顺序访问速度可以接近内存，kafka的消息都是append操作，partition是有序的，节省了磁盘的寻道时间，同时通过批量操作节省了写入次数，partition（逻辑概念）物理上分为多个segment文件存储，方便删除
传统：
- 读取磁盘文件数据到内核缓冲区
- 将内核缓冲区的数据copy到用户缓冲区
- 将用户缓冲区的数据copy到socket的发送缓冲区
- 将socket发送缓冲区中的数据发送到网卡、进行传输
零拷贝： - 直接将内核缓冲区的数据发送到网卡传输，节省了数据在内核态与用户态直接的传递
- 使用的是操作系统的指令支持
kafka不太依赖jvm，主要是用的操作系统的pageCache（页存，之后会刷新到磁盘中），如果生产消费速率相当，则直接用pageCache交换数据，不需要经过磁盘IO
kafka高性能高吞吐的原因
1、磁盘顺序读写：保证了消息的堆积
- 顺序读写：磁盘会预读，即在读取的起始地址连续读取多个页面，主要时间花费在了传输时间，而这个时间两种读写可以认为是一样的
- 随机读写，因为数据没有在一起，预读将会浪费时间，需要多次寻道和旋转延迟，而这个时间可能是传输时间的许多倍
2、零拷贝：避免CPU将数据从一块存储拷贝到另外一块存储 - 传统的数据拷贝：
1、读取磁盘文件数据到内核缓冲区
2、将内核缓冲区的数据copy到用户缓冲区
3、将用户缓冲区的数据copy到socket的发送缓冲区
4、将socket发送缓冲区的数据发送到网卡，进行传输 - 零拷贝：
磁盘文件->内核空间读取缓冲区->网卡接口->消费者进程
3、分区分段 + 索引
kafka的message消息实际上是分布式存储在一个一个小的segment中的，每次文件操作也是直接操作的segment。为了进一步的查询优化，kafka又默认为分段后的数据文件建立了索引文件，就是文件系统上的,index文件。这种分区分段 + 索引的设计，不仅提升了数据读取的效率，同时也提高了数据操作的并行度（有点类似与分段锁）
4、批量压缩：存储不是直接存储原文，而是多条消息一起压缩，降低带宽。消费端收到消息后再解压
5、批量读写
6、直接操作的是pageCache，而不是JVM，避免GC耗时及对象创建耗时，且读写速度更高。进程重启缓存也不会丢失
kafka消息丢失的场景以及解决方案（重点）
1）消息发送时出现丢失的场景以及解决
1、ack = 0 ，不重试
生产者发送消息完不管结果了，如果发送失败，消息也就丢失了
2、ack = 1, leader 宕机了
生产者发送消息完，只等待leader写入成功就返回了，但是leader之后宕机了，自此follower还没来得及同步，消息丢失
3、unclean.leader.election.enable 配置true
允许选举ISR以外的副本作为leader，也会导致数据丢失，默认为false。生产者发送异步消息之后，只等待leader写入成功就返回了，然后leader宕机了，这时ISR中没有follower，leader会从OSR中选举，因为OSR中的follower节点本身就落后与leader，就会造成消息丢失
解决方案：
1、配置：ack = all / -1, tries > 1, unclear.leader.election.enable : false
生产者发送消息完，等待follower同步完再返回，如果异常则重试，副本的数量此时可能会影响吞吐量
不允许选举ISR以外的副本作为leader
2、配置：min.insync.replicas > 1，设置越大表示越可靠
副本指定必须确认写操作成功的最小同步副本数量，如果不能满足这个最小值，则生产者将引发一个异常（要么是NotEnoughReplicas，要么是NotEnoughReplicasAfterAppend）
min.insync.replicas和ack是有区别的，
min.insync.replicas（同步副本数量）指的是ISR中的数量必须要大于1
ack = all / -1,表示ISR中的所有节点全部要确认
此间还存在一个隐性的逻辑关系，只有ack = all / -1，那么min.insync.replicas才会生效。
所以这两个参数要搭配着来使用，这样就可以确保如果大多数副本没有收到写操作，则生产者将引起异常。
3、失败的offset单独记录
生产者发送消息，会自动重试，遇到不可恢复异常会抛出，这时可以捕获异常记录到数据库或缓存，进行单独处理
2）消费端
1、先commit offset再处理消息，如果再处理消息的时候出现异常了，但是offset已经提交了，这条消息对于该消费者来说就是丢失的，再也不会消费到了.
2、先处理消息，处理完了再commit，有可能存在重复消费的情况。在处理完这条消息之后，还没来得及commit，就宕机了，重启之后还回去消费这条消息。
解决方案：
先做业务处理，再去commit，如果出现重复消费，就只需要保证接口的幂等性就行了
3）broker端的刷盘
从生产者发送出来的消息实际上是缓存在broker的pageCache上的，然后linux保证pageCache上的数据被刷入硬盘中。如果linux此时宕机了，那么就会有部分pageCache上的数据丢失了。
于是可以通过配置参数，减少系统刷盘间隔
kafka为什么比RocketMQ的吞吐量高
kafka的生产者采用的是异步发送消息机制，当发送一条消息时，消息并没有发送到broker节点上，而是先缓存起来，然后直接向业务返回成功，当缓存的消息积累到一定数量时再批量发送给broker。这种做法减少了网络io，从而提高了消息发送的吞吐量，但是如果消息生产者产生了宕机，会导致消息丢失，业务出错，所以理论上来说kafka利用此机制提高了性能却降低了可靠性。
kafka、ActiveMQ、RabbitMQ、RocketMQ对比
站在应用的角度来看：
ActiveMQ：JMS规范，支持事务、支持XA协议，没有生产大规模支撑场景、官方维护越来越少
RabbitMQ：erlang语言开发、性能好、高并发，支持多种语言，社区、文档方面有优势，erlang语言不利于java二次开发，依赖开源社区的维护和升级，需要学习AMP协议，学习成本相对较高
以上吞吐量单机都在万级
kafka：高性能、高可用，生产环境有大规模使用场景，单机容量有限（超过64个分区响应明显变长）、社区更新慢
吞吐量单机百万
RocketMQ：java实现，方便二次开发，设计参考了kafka，高可用、高可靠，社区活跃度一般，支持语言较少。
吞吐量单机十万
《RabbitMQ篇》
RabbitMQ架构设计
connection：与MQ交互是通过connection，需要建立一个TCP连接，一个connection里面可以开多个信道（channel），这些信道会复用这个TCP连接 。
Broker：rabbitmq的服务节点
Queue：队列，是RabbitMQ的内部对象，用于存储消息。RabbitMQ中消息只能存储在队列中，生产者投递消息到队列，消费者从队列中获取消息并消费。多个消费者可以订阅同一个队列，这时队列中的消息会被平均分摊（轮询）给多个消费者进行消费，而不是每个消费者都收到所有的消息进行消费。（注意，RabbitMQ不支持队列层面的广播消费，如果需要广播消费，可以采用一个交换器通过路由Key绑定到多个队列，由多个消费者来订阅这些队列）
Exchange：交换器，生产者将消息发送到Exchange，由交换器将消息路由到一个或多个队列中。交换器与不同的队列通过绑定键绑定
RoutingKey：路由Key，生产者将消息发送给交换器的时候，一般会指定一个RoutingKey，用来指定这个消息的路由规则。这个路由Key需要与交换器类型和绑定键（BindingKey）联合使用才能最终生效（生产者指定的的RoutingKey会与BindingKey进行匹配，匹配规则与交换器类型有关）。在交换器类型和绑定键固定的情况下，生产者可以在发送消息给交换器时通过指定RoutingKey来决定消息流向哪里。
消息发送流程：
生产者将routeKey、exchangeName、body通过信道传递到broker里面，根据exchangeName找到交换机，用该交换机的匹配规则将routeKey匹配到现有的BindingKey，如果匹配上了，将消息投放到对应的queue里面。
消费流程：由Pull和Push两种方式
多个消费者消费同一个queue的话，queue里面的一条消息只会被一个消费者消费到
如果要发布订阅功能 ，生产者想要让多个消费者收到同一个消息，只需要通过交换器分发到多个queue上去即可。
vhost：虚拟主机的概念。一个broker其实就是一个物理主机，vhost其实就是虚拟主机，可以在一个broker上建立多个vhost。每个vhost都包含着自己的Exchange和Queue。应用可以指定其中一个虚拟机，所以一个rabbitmq可以给多个不同的应用使用，同时也是应用隔离的
RabbitMQ的交换器类型
交换器分发会先找出绑定的队列，然后再判断routekey，来决定是否将消息分发到某一个队列中
RabbitMQ的交换器类型决定了routeKey与BindingKey如何匹配，是精准匹配还是模糊匹配
有下面几种匹配规则：
fanout：扇形交换器，不再判断routekey，直接将消息分发到所有绑定的队列
direct：判断routekey的规则是完全匹配模式，即发送消息时指定的routekey要等于绑定的routekey
topic：判断routekey的规则是模糊匹配模式
header：绑定队列与交换器的时候指定一个键值对，当交换器在分发消息的时候胡先解开消息体里面的headers数据，然后判断里面是否有所设置的键值对，如果发现匹配成功，才将消息分发到队列中。性能较差
RabbitMQ的普通集群模式
RabbitMQ中单个节点broker中存在着三个信息：
exchange:交换机，就是一张表，维护了路由键到queue的关系
queue：存放消息的容器
msg：消息内容
这里我们模拟集群中有3个节点，普通集群模式下，每个节点上存储的元数据是一样的。
元数据
- 队列元数据：队列名称和它的属性
- 交换器元数据：交换器名称、类型和属性
- 绑定元数据：一张简单的表展示了如何将消息路由到队列
- vhost元数据：就是一个broker，为vhost内的队列、交换器和绑定提供命名空间和安全属性
元数据每个节点都存了一份，是冗余的。消息的内容并没有每个节点都存，例如client1连节点1，那么queue1的消息内容只会存在节点1，不会同步到其他节点。所以某个节点宕机，就保证不了高可用。
同步元数据，这样每个节点都可以对外服务，想去消费其他queue时可以通过路由表去转发对应的请求。
为什么只同步元数据： - 存储空间考虑，每一个节点都保存全量数据会影响消息堆积能力
- 性能考虑，消息的发布者需要将消息复制到每一个集群节点
客户端连接的是非队列数据所在节点：则该节点会进行路由转发，包括发送和消费
集群节点类型： - 磁盘节点：将配置信息和元信息存储在磁盘上
- 内存节点：将配置信息和元信息存储在内存上，性能优于磁盘节点，依赖磁盘节点进行持久化
RabbitMQ要求集群中至少有一个磁盘节点，当节点加入和离开集群时，必须通知磁盘节点（如果集群中唯一的磁盘节点崩溃，则不能进行创建队列、创建交换器、创建绑定、添加用户、更改权限、添加和删除集群节点）。如果唯一磁盘的磁盘节点崩溃，集群是可以保持运行的，但是不能更改任何东西。因此建议在集群中设置两个磁盘节点，只要一个正常，系统就能正常工作。
RabbitMQ的镜像队列原理
基于集群模式才能设置镜像队列，要想实现高可用的话就必须使用集群+镜像队列的模式
整个队列，称为AMQPQueue包含四个部分：Queue、mirror_queue_master/slave、blockingQueue、GM
mirror_queue_master/slave负责消息的处理的进程，操作blockingQueue。blockingQueue是真正用来储存消息的
Queue负责AMQP协议（commit、rollback、ack等）
master负责处理读写，slave只做备份
GM负责消息的广播，所有的GM组成gm_group，形成链表结构，负责监听相邻节点的状态，以及传递消息到相邻节点（传给下一个节点，直到发送该消息的节点收到该消息，说明整个环路都走完了），master的GM收到消息时代表消息同步完成。
当master挂掉了，整个GM里面存在时间最长的slave（也意味着与master同步最多）将晋升为master。
GM不负责操作blockingQueue，所以在接收到同步过来的消息时，会交由slave进程操作
RabbitMQ持久化机制
RabbitMQ持久化分为三个方面：
1、交换器持久化：exchange_declare创建交换器的时候通过参数指定
2、队列持久化：queue_declare创建队列时通过参数指定
3、消息持久化：new AMQPMessage创建消息时通过参数指定
持久化的时候是按照append的方式去写文件，会根据大小自动生成新的文件（例如一个log是16M，满了之后就会写新的log文件）。rabbitmq在启动的时候会创建两个进程，一个负责持久化消息的存储，另一个负责非持久化消息的存储（内存不够时）
消息存储时会在ets表中记录消息在文件中的映射以及相关信息（包括id、偏移量、有效数据、左边文件、右边文件），消息读取时根据该信息到文件中读取，同时更新信息。
消息删除时只从ets删除，变为垃圾数据，当垃圾数据超出比例（默认为50%），并且文件数达到3个，触发垃圾回收，锁定左右两个文件，整理左边文件有效数据，将右边文件有效数据写入左边，更新文件信息，删除右边，完成合并。当一个文件的有用数据等于0时，删除该文件。
写入文件前先写buffer缓冲区，如果buffer已经满了，则写入文件（此时知识操作系统的页存）。每隔25ms刷一次磁盘，不管buffer满没满都将buffer和页存的数据落盘。每次消息写入后，如果没有后续写入请求，则直接刷盘。
RabbitMQ事务消息
通过对channel的设置实现
1、channel.txSelect():通知服务器开启事务模式，服务端会返回Tx.Select.Ok
2、channel.basicPublish:发送消息，可以是多条可以是消费消息提交ack
3、channel.txCommit():提交事务
4、channel.txRollback():回滚事务
消费者使用事务：
1、autoAck = false，手动提交ack，以事务提交或回滚为准
2、autoAck = true，不支持事务，即使再收到消息后再回滚事务也是于事无补的，队列已经把消息移除了
如果其中任意一个环节出现问题，就会抛出IoException异常，用户可以拦截异常进行事务回滚，或决定要不要重复消息
事务消息会降低RabbitMQ的性能，因为每一条消息都意味着好几次连接
RabbitMQ如何保证消息的可靠性传输
1、使用事务消息
2、使用消息的确认机制（即ack）
发送方确认发送出去：
- 将channel设置为confirm模式，则从该channel上发出的每条消息都会被分配一个唯一id
- 消息投递成功后，channel会发送ack给生产者，包含了id，回调
ConfirmCallback接口（该接口是异步的） - 如果发生错误导致消息丢失，发送nack给生产者，回调
ReturnCallback接口 - ack和nack只有一个触发，且只有一次，异步触发，可以继续发送消息
发送到MQ之后，做了持久化之后数据才会可靠。
接收方确认消费完了：
- 声明队列时，指定
noack = false，broker会等待消费者手动返回ack，才会从磁盘或者内存中删除消息，否则立刻删除 - broker的ack没有超时机制，只会判断链接是否断开，如果断开，消息会被重新发送
- 如果ack没有提交，那么broker中的该消息就不会被删除，所以消费者接受每一条消息后都必须进行确认
- 如果消费者返回ack之前断开了连接MQ的broker会重新分发给下一个订阅的消费者（可能存在消息重复消费的隐患）
RabbitMQ的死信队列原理
死信队列里面放的是死信消息，下面是死信消息产生的原因：
1、消息被消费方否定确认，使用channel.basicNack或channel.basicReject，并且此时requeue属性被设置为false，表示直接丢弃（requeue为true的话会重复投递）
2、消息在队列的存活时间超过设置的TTL时间
3、消息队列的消息数量已经超过最大队列长度
如果满足上面条件，那么该消息将成为死信消息，如果配置了死信队列信息，那么该消息将会被丢入死信队列中，如果没有配置，则该消息将会被丢弃
为每个需要使用死信队列的业务队列配置一个死信交换机，同一个项目的死信交换机可以共用一个，然后为每个业务队列分配一个单独的routeKey，死信队列只不过是绑定在死信交换机上的队列。
TTL：一条消息或者该该队列中所有消息的最大存活时间
如果一条消息设置了TTL属性或者进入设置TTL属性的队列，那么这条消息在TTL设置的时间内没有被消费，则会成为死信，如果同时配置了队列的TTL和消息的TTL，那么较小的那个值将会被使用
RabbitMQ是否可以直连队列
从之前的架构设计来看，生产者先把消息发到交换器，然后交换器根据匹配规则将消息发送给队列，实际上生产者也是可以直接把消息发给队列的，但是正常不这样做，会丧失灵活性（一对一与一对多都可），直连的话只能是一对一了。
下面是实现方式以及参数说明
声明Queue的参数说明
《RocketMQ篇》
简述RocketMQ架构设计
该架构参考了kafka，NameServer类似于kafka中的zookeeper，queue类似于kafka中的partition。
kafka中，zk本身存在主从，主从之间也会有数据同步。NameServer则是一个去中心化的结构，每个NameServer之间互相独立，不进行互相通信。只要NameServer存在一个可用节点，那么NameServer就是可用的，它的作用主要就是为了维护路由信息，发送者是谁->发给哪个topic的哪个queue、broker是哪一个->消费者是谁。
注意这里的queue是不存在主从的，而kafka的partition是存在主从的。所以RocketMQ里面的queue是冗余的，有n个broker，就会冗余n-1个数据。这样的好处体现在负载均衡上，如果broker1宕机了，生产者queue1连不上，之前可能会去连queue2，但是此时它会直接去连接broker2的queue1，提高成功率，
每一个Broker要和每一个NameServer建立长连接，底层是由netty维护通信，broker会定期地将自己地topic信息注册到NameServer里。
生产者首先需要连接NameServer，去拉取topic所属地broker，然后直连broker，发送消息到topic的dqueue里面去。
消费者也是需要连接NameServer，去拉取topic所属地broker，然后直连broker，从topic的queue里面获取消息进行消费。
与broker的持久化相关的涉及到三个日志文件：
CommitLog:存储的具体的消息内容，但是不区分topic，是顺序读写
ConsumeQueue:是commitlog基于topic的索引文件，所以是先根据topic到这个文件里面找索引，然后拿着索引去CommitLog里面找具体内容，顺序存储
IndexFile:通过key或时间区间来建立索引，也是commitlog的索引文件
简述RocketMQ持久化机制
- commitlog：日志数据文件，被所有的queue共享，1G，写满之后重新生成，顺序写
- consumeQueue：逻辑queue，消息先到到commitlog，然后异步转发到consumeQueue，包含queue在commitlog种的物理位置偏移量offset，消息实体内容的大小和Message Tag的hash值。大小约为600W个字节，写满之后重新生成，顺序写
- indexFile：通过key或者时间区间来查找commitlog种的消息，文件名以创建的时间戳命名，固定的单个indexFile大小为400M，可以保存2000W个索引
所有队列共用一个日志数据文件，避免了kafka分区数过多、日志文件过多导致磁盘IO读写压力较大造成性能瓶颈。rocketmq的queue只存储少量数据、更加轻量化，对于磁盘的访问时串行化避免磁盘竞争，缺点在于：写入是顺序写，读是随机读，先读consumeQueue，再读commitlog会降低消息读的效率。
消息发送到broker之后，会被写入commitlog，写之前加锁，保证顺序写入，然后转发到consumeQueue。
消息消费时先从consumeQueue读取消息在Commitlog中的起始物理偏移量offset，消息大小和消息Tag的HashCode值，在从commitlog读取消息内容
- 同步刷盘，消息持久化到磁盘才会给生产者返回ack，可以保证消息可靠、但是回影响性能
- 异步刷盘，消息写入pagecache就返回ack给生产者，刷盘采用异步线程，降低读写延迟提高性能和吞吐
RocketMQ怎么实现顺序消息
默认是不能保证的，需要程序保证发送和消费的是同一个queue，多线程消费也无法保证
发送顺序：发送端自己的业务逻辑保证先后，发往一个固定的queue，生产者可以在消息体上设置消息顺序
发送者实现MessageQueueSelector接口，选择一个queue进行发送，也可以使用rocketmq提供的默认实现：
- SelectMessageQueueByHash：按参数的hashcode与可选队列进行求余选择
- SelectMessageQueueByRandom：随机选择
mq：queue本身就是顺序追加写，只需要保证一个队列同一时间只有一个consumer消费，通过加锁实现，consumer上的顺序消费有一个定时任务、每隔一定时间向broker发送请求延长锁定
消费端：
pull模式：消费者需要自己维护需要拉取的queue，一次拉取的消息都是顺序的，需要消费端自己保证顺序消费
push模式：消费实例实现自己的MQPushConsumer接口，提供注册监听的方法消费消息，registerMessageListener、重载方法。
- MessageListenerConcurrently：并行消费
- MessageListenerOrderly：串行消费，consumer会把消息放入本地队列并加锁，定时任务保证锁的同步
RocketMQ的底层实现原理
RocketMQ由NameServer集群、Producer集群、Consumer集群、Broker集群组成，消息生产和消费的大致原理如下：
1、Broker在启动的时候向所有的NameServer注册，并保持长连接，每30s发送一次心跳
2、Producer在发送消息的时候从NameServer获取Broker服务器地址，根据负载均衡算法选择一台服务器来发送消息
3、Consumer消费消息的时候同样从NameServer获取Broker地址，然后主动拉取消息来消费
RocketMQ如何保证不丢失消息
生产者：
- 同步阻塞的方式发送消息，加上失败重试机制，可能broker存储失败，可以通过查询确认
- 异步发送需要重写回调方法，检查发送结果
- ack机制，可能存储commitlog，存储consumerQueue失败，此时对消费者不可见
broker：同步刷盘、集群模式下采用同步复制、会等待slave复制完成才会返回确认
消费者：
- offset手动提交，消息消费保证幂等
《MQ总结篇》
如何设计一个MQ
好的方式：
1、从整体到细节，从业务场景到技术实现
2、以现有产品为基础
实现：
1、先实现一个单机的先进先出的数据结构，对message设计封装。要高效、可扩展以及收缩
2、将单机队列扩展成为分布式队列，涉及到分布式集群管理，如zookeeper、NameServer
3、基于Topic定制路由策略（从生产者到消费者的完整链路）: 发送者路由策略、消费者与队列对应关系、消费者路由策略
4、实现高效的网络通信。-> Netty、Http
5、规划日志文件，实现文件高效读写（零拷贝+顺序写）服务重启后，快速还原运行现场
6、定制高级功能，死信队列、延迟队列、事务消息等等。（需要贴合业务实际）
参考：
如何进行产品选型
kafka：
优点：吞吐量非常大，性能非常好，集群高可用
缺点：会丢失数据，功能单一。不具备死信队列等高级功能
使用场景：数据量大，频繁，且允许丢失数据：日志分析、大数据采集
RabbitMQ：
优点：消息可靠性高，功能全面
缺点：吞吐量比较低，并发性不高，消息积累会严重影响性能。适合在消息来了立马消费的场景使用。erlang开发，语言不好定制
使用场景：小规模场景
RocketMQ：
优点：高吞吐，高性能，高可用，功能全面的
缺点：开源版本功能不如云上商业版本。官方文档和周边生态不成熟。客户端只支持java
使用场景：几乎是全场景
如何保证消息的顺序
参考链接：https://rocketmq.apache.org/docs/order-example/
这个知识点是有一个背景的，在rocketmq里面，有一个完善的机制，在产品层面上对消息进行顺序的保证，而kafka与rabbitmq是没有这样的设计的。
消息顺序分为全局有序和局部有序，MQ只需要保证局部有序，不需要保证全局有序。保证一个窗口内的消息是有序的，多个窗口之间的消息有序没有业务意义。例如一个订单，有许多处理步骤，这些步骤是不能乱的 ，消息必须是从上往下进行消费。订单与订单之间消息可以不是有序的，没有必要等到1号订单发完再发2号订单。
参考