阿里一面:说说如何解决RocketMq消息积压?为什么Kafka性能比RocketMq高?它们区别是什么?
本文归于合集:吊打面试官系列
面试题预览:
- 请说说Kafka和RocketMQ的区别在哪里,为什么 KafKa的性能比RocketMQ高?
- 说说看如何解决RocketMq消息积压问题?以及出现消息积压的场景?
- 简述一下RocketMQ如何保证消息的可靠性投递?
- 说说看RocketMQ如何保证消息的顺序性?
- 请详细说说RocketMQ的消息确认机制?
- 说说看RocketMQ的事务消息机制?
面试官:请说说Kafka和RocketMQ的区别在哪里,为什么 KafKa的性能比RocketMQ高?
Kafka和RocketMQ作为两款流行的消息中间件,各自具有独特的特点和优势。
以下是它们之间的主要区别以及Kafka性能相对较高的原因:
Kafka与RocketMQ的区别
- 数据可靠性:
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RocketMQ支持异步实时刷盘、同步刷盘、同步Replication和异步Replication,其中同步刷盘在单机可靠性上比Kafka更高。
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Kafka主要使用异步刷盘方式和异步/同步复制,异步复制可以提供较高的吞吐量,但在极端情况下可能会导致数据丢失。
- 性能:
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Kafka单机写入TPS(Transactions Per Second)约在百万条/秒(消息大小10个字节),这主要得益于其Producer端将多个小消息合并,批量发向Broker。
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RocketMQ单机写入TPS单实例约7万条/秒,单机部署3个Broker可以跑到最高12万条/秒(消息大小10个字节)。RocketMQ没有采用Kafka的批量发送策略,主要是因为其Producer使用Java语言开发,缓存过多消息会导致GC(垃圾回收)问题。
- 消费失败重试:
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Kafka消费失败不支持重试。
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RocketMQ消费失败支持定时重试,每次重试间隔时间顺延。
- 分布式事务消息:
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Kafka不支持分布式事务消息。
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RocketMQ支持分布式事务消息,适合处理需要保证一致性的业务场景。
- Broker端消息过滤:
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Kafka不支持Broker端的消息过滤。
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RocketMQ根据Message Tag来过滤,相当于子Topic概念。
- 消息顺序性:
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Kafka在某些配置下支持消息顺序,但当一台Broker宕机后,可能会产生消息乱序的问题。
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RocketMQ支持严格的消息顺序,即使在一台Broker宕机的情况下也能通过其他机制保证消息的有序性。
- 适用场景:
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Kafka更适合处理海量数据流,对数据正确性要求不是特别严格的场景,如日志收集、实时分析等。
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RocketMQ更适合对数据可靠性、实时性要求较高,且需要处理大量队列的场景,如金融交易、订单处理等。
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Kafka性能相对较高的原因
- sendfile函数:
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Kafka使用sendfile函数进行零拷贝,以减少数据拷贝次数和系统内核切换次数,从而获得更高的性能。
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RocketMQ使用mmap技术进行零拷贝,但mmap返回的是数据的具体内容,应用层可以获取消息内容并进行一些逻辑处理。而Kafka追求极致性能,使用sendfile函数,应用层无需关心消息内容。
- 日志存储模型:
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Kafka使用一个简单的日志存储模型,其中每个主题分区是一个连续的日志。消息被追加到日志文件的末尾,一旦写入就不可改变。这种追加模式极大地优化了磁盘I/O,因为磁盘写入操作最高效的方式是顺序写入。
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RocketMQ在存储层面采用了更为复杂的设计,支持多种存储和索引机制,以便支持广泛的功能,如定时消息和事务消息。这些功能需要在存储系统中实现额外的逻辑,可能影响基本的消息传递性能。
- 复制机制:
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Kafka使用了一个简化的复制机制,通过“leader-follower”模型来同步数据。所有写入操作都先在leader上执行,然后异步复制到follower。这种方法减少了写操作的等待时间,并提高了数据写入的吞吐量。
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RocketMQ使用类似的复制机制,但其更复杂的消息路由和存储机制可能增加了额外的开销。
- 内存使用优化:
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Kafka优化了内存的使用,尽量利用操作系统的页缓存,减少了JVM堆内存的压力。这种设计使得Kafka能够高效地处理更大量的数据,同时维持低延迟。
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RocketMQ对内存和资源的管理也很有效,但它的功能丰富性可能需要更多的资源调整和管理,这在高负载情况下可能影响性能。
综上所述,Kafka和RocketMQ在数据可靠性、性能、消费失败重试、分布式事务消息、Broker端消息过滤、消息顺序性以及适用场景等方面存在差异。Kafka之所以在性能上相对较高,主要得益于其sendfile函数的使用、简单的日志存储模型、简化的复制机制以及优化的内存使用策略。
面试官:说说看如何解决RocketMq消息积压问题?
先说说RocketMQ出现消息积压的原因和场景吧。以下是一些具体的、常见的RocketMQ消息积压情景:
一、生产者发送速率过高
情景描述:
在生产者端,由于业务需求或系统性能的原因,生产者可能会以非常高的速率发送消息到RocketMQ。如果消费者的处理能力无法跟上这种速率,就会导致消息在Broker中积压。
常见原因:
- 业务高峰期,如电商平台的促销活动期间,用户访问量和交易量激增,导致生产者发送的消息量剧增。
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二、消费者处理能力不足
情景描述:
消费者由于处理逻辑复杂、资源不足或配置不当等原因,导致处理速度缓慢,无法及时消费消息,从而造成消息积压。
常见原因:
- 消费者处理逻辑复杂,如包含大量的数据库操作、网络请求或复杂的计算等,导致处理时间较长。
- 消费者系统资源不足,如CPU、内存或磁盘I/O等性能瓶颈,限制了消费者的处理能力。
- 消费者配置不当,如批量消费大小设置不合理、拉取消息间隔过长等,导致消费效率低下。
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三、消费者故障或异常
情景描述:
消费者系统出现故障或异常,如崩溃、网络故障或磁盘损坏等,导致无法正常消费消息,从而造成消息积压。
常见原因:
- 消费者系统崩溃,如由于内存泄漏、程序错误或系统更新等原因导致的系统崩溃。
- 网络故障,如网络拥堵、网络设备故障或网络配置错误等,导致消费者无法及时接收到消息。
- 磁盘损坏或读写速度下降,导致消费者无法快速读取和处理消息。
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四、系统配置不当
情景描述:
RocketMQ系统的配置不当,如Broker的队列数量、线程池大小或消费者的并发数等配置不合理,导致消息处理能力受限,从而造成消息积压。
常见原因:
- Broker的队列数量设置过少,导致消息无法分散到多个队列中并行处理。
- 消费者的并发数设置过低,导致无法充分利用系统资源来处理消息。
- 线程池大小配置不合理,如线程数过少导致处理速度受限,或线程数过多导致资源竞争和上下文切换频繁。
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五、业务逻辑变化或需求变更
情景描述:
由于业务逻辑的变化或需求变更,导致消费者需要处理的消息类型或数量发生变化,而消费者系统未能及时适应这种变化,从而造成消息积压。
常见原因:
- 业务逻辑变化,如新增了消息类型或修改了消息的处理流程,导致消费者需要处理更多的消息或处理逻辑变得更加复杂。
- 又例如提高了消息的实时性要求或降低了消息的丢失率要求,导致消费者需要更快地处理消息或更严格地保证消息的可靠性。
综上所述,RocketMQ消息积压的情景多种多样,可能涉及生产者、消费者、系统配置以及业务逻辑等多个方面。
以下是一些解决RocketMQ消息积压问题的策略。
一、增加消费者处理能力
- 增加消费者实例:根据消费者的消费能力,适当增加消费者实例的数量,以提高整体的消费速度。这可以通过在消费者集群中添加更多的节点来实现。
- 优化消费者处理逻辑:分析消费者处理消息的逻辑,寻找性能瓶颈并进行优化。例如,简化处理逻辑、减少不必要的IO操作等。
- 使用批量消费:在消息处理逻辑允许的情况下,使用批量消费方式,即一次性拉取并处理多条消息,以提高消费者消费速度。
二、调整生产者发送策略
- 流量控制:使用RocketMQ的流量控制功能,限制生产者的发送速率,避免短时间内大量消息涌入导致消息积压。
- 发送速率调整:根据消费者的处理能力,合理调整生产者的发送速率,确保生产速率与消费速率相匹配。
三、优化系统配置和性能
- 增加消息队列容量:通过增加消息队列的容量,提升消息的存储能力,减少因队列容量不足而导致的消息积压。
- 调整Broker配置:优化Broker的配置参数,如调整队列数量、线程池大小等,以提高Broker的处理能力。
- 使用延迟消息:对于一些不需要立即处理的消息,可以使用延迟消息功能,将消息的发送时间延迟到未来的某个时间点,以减少当前的消息积压。
四、监控和告警
- 实时监控:对RocketMQ进行实时监控,及时发现消息积压问题并采取相应的处理措施。
- 告警机制:设置告警机制,当消息积压达到预设阈值时,自动触发告警通知相关人员进行处理。
五、定期审查和优化
- 代码审查:定期检查生产者和消费者的代码,以发现潜在的性能问题和逻辑错误,确保消息处理流程的稳定性和可靠性。
- 压力测试:在上线前进行压力测试,评估生产者和消费者的性能,预估并发场景下的表现,并根据测试结果进行相应的优化。
六、预案制定和应急响应
- 预案制定:针对可能出现的消息积压问题,提前制定预案,包括临时扩容、数据迁移等策略,以便在问题发生时能迅速响应。
- 应急响应:当消息积压问题发生时,按照预案进行应急响应,快速解决问题并恢复系统正常运行。
面试官:再说说看RocketMQ如何保证消息的可靠性投递?
RocketMQ通过一系列机制来保证消息的可靠性投递,这些机制涵盖了消息的持久化、传输、确认等多个方面。
以下是对RocketMQ如何保证消息可靠性投递的详细阐述:
一、消息的持久化
- 同步双写机制:
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当生产者发送消息到RocketMQ时,消息首先被写入操作系统的页缓存。
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RocketMQ会在消息写入页缓存后进行同步刷盘操作,即将消息从页缓存刷写到磁盘的存储介质,确保消息已经被持久化。
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一旦消息成功同步刷盘,RocketMQ将消息写入CommitLog,这是消息的物理存储结构,包含了所有已发送的消息。
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- CommitLog持久化:
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CommitLog的持久化保证了即使在异常情况下(如Broker宕机),消息也能够被恢复。
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通过同步双写机制,RocketMQ确保了消息在写入磁盘之前已经在内存中得到持久化,从而提高了消息的可靠性。
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二、消息的复制与同步
- 主从复制机制:
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RocketMQ采用主从复制机制来提高系统的可用性。每个Broker都有一个主Broker和若干个从Broker。
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主Broker负责消息的读写,而从Broker用于备份和容灾。如果主Broker发生故障,RocketMQ能够迅速切换到从Broker以提供服务,确保消息的持久化和传递。
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主节点将写入的消息同步复制到所有从节点,这确保了从节点具有与主节点相同的消息副本。
- 同步复制:
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主节点将消息同步复制到所有从节点,确保从节点具有相同的消息副本。这提高了系统的可用性和容灾能力。
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三、消息的顺序性
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RocketMQ提供了严格有序的消息传输机制,可以保证同一个消息队列中的消息按照发送顺序被消费。
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四、消息的事务性
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RocketMQ支持使用事务来保证消息的可靠传输。发送者可以将消息发送到一个待确认队列中,在确认操作执行成功后,消息才会被发送到目标主题中。
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五、消息确认机制
- 消费确认:
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消费者在拉取消息时,RocketMQ记录每条消息的消费状态。
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消费者在处理完消息后,会向Broker提交消息的消费确认。Broker将这些消费确认的信息持久化到CommitLog中。
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这确保了消息在被成功消费后会被正确地持久化,而且在消费者或者Broker出现问题时,能够根据这些记录进行恢复。
- 消息拉取:
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在RocketMQ中,消费者通过拉取(Pull)的方式获取消息。这种机制相对于推送(Push)的方式更为灵活,允许消费者按照自己的速度主动拉取消息。
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六、失败重试机制
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RocketMQ提供了失败重试机制,可以在消息发送或消费时发生异常时进行自动重试。这有效地保证了消息的可靠传输,尤其是在网络不稳定或者消费者异常情况下。
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七、监控和报警机制
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RocketMQ还提供了监控和报警机制,用于实时监控消息的发送和消费情况。
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管理员可以根据监控结果来进行故障排查和性能优化,确保消息系统的稳定性和高可用性。
综上所述,RocketMQ通过消息的持久化、复制与同步、顺序性、事务性、消费确认、失败重试以及监控和报警等机制,共同保证了消息的可靠性投递。
面试官:你刚刚说到消息的顺序性,说说看RocketMQ如何保证消息的顺序性?
RocketMQ主要通过以下几种机制来保证消息的顺序性:
一、分区顺序(Partition Order)
RocketMQ通过将消息发送到不同的分区(Partition)。在RocketMQ中,消息的顺序性是通过相同的消息Key(通常是业务唯一标识,例如订单ID)发送到相同的队列(Queue)来实现的。
具体实现步骤如下:
- Message Queue选择器(Message QueueSelector):发送消息时,可以通过实现MessageQueueSelector接口,根据消息的Key来选择对应的队列。这确保了具有相同Key的消息被发送到相同的队列中。
- 示例代码:
DefaultMQProducer producer = new DefaultMQProducer("order_producer_group"); producer.start(); for (int i = 0; i < 10; i++) { int orderId = 1001; // 假设所有消息都属于同一个订单 Message msg = new Message("OrderTopic", "TagA", ("OrderID: " + orderId + ", step: " + i).getBytes()); // 自定义的MessageQueueSelector producer.send(msg, new MessageQueueSelector() { @Override public MessageQueue select(List<MessageQueue> mqs, Message msg, Object arg) { int queueIndex = Math.abs(arg.hashCode()) % mqs.size(); return mqs.get(queueIndex); } }, orderId); } producer.shutdown();
在这个例子中,所有属于orderId=1001的消息都会发送到相同的队列中,从而保证了顺序性。消费者可以通过顺序方式消费来自特定队列的消息。RocketMQ保证在单个队列内的消息是有序的,消费者在消费这些消息时,也是按照发送顺序依次处理。
二、全局顺序(Global Order)
对于要求更高的场景,RocketMQ也支持全局顺序性。实现全局顺序的方式通常较为简单但会牺牲部分性能,因为所有消息会被发送到单一队列,消费时也会从该队列中按顺序消费。
具体实现方式如下:
- 生产者只发送消息到一个队列(单一MessageQueue)。
- 消费者从该队列中依次消费消息。
需要注意的是,全局顺序性可能会使系统成为性能瓶颈,因此在实际应用中需要根据业务需求权衡顺序性与系统吞吐量之间的关系。
三、功能原理
- 发送消息
发送顺序消息发送端要满足以下条件。
a. 同一消息生产组:不同消息组或未设置消息组的消息之间不保证顺序。
如上图所示,消息组1和消息组4的消息混合存储在队列1中,消息队列RocketMQ保证消息组1中的消息G1-M1、G1-M2、G1-M3是按发送顺序存储,且消息组4的消息G4-M1、G4-M2也是按顺序存储,但消息组1和消息组4中的消息不涉及顺序关系。
b. 同一消息生产者:不同生产者之间产生的消息也无法判定其先后顺序,如下图所示:
c. 串行发送:若多线程并行发送,则不同线程间产生的消息将无法判定其先后顺序,如下图所示:
- 顺序消费消息
顺序消费也叫做有序消费,原理是同一个消息队列只允许Consumer中的一个消费线程拉取消费,Consumer中有个消费线程池,多个线程会同时消费消息。在顺序消费的场景下消费线程请求到RocketMQ服务端时会先申请独占锁,获得锁的请求则允许消费。
消息消费成功后,会向RocketMQ服务端提交消费进度,更新消费位点信息,避免下次拉取到已消费的消息,顺序消费中如果消费线程在监听器中进行业务处理时抛出异常,则不会提交消费进度,消费进度会阻塞在当前这条消息,并不会继续消费该队列中的后续消息,从而保证顺序消费。
在顺序消费的场景下,特别需要注意对异常的处理,如果重试也失败,会一直阻塞在当前消息,直到超出最大重试次数,从而在很长一段时间内无法消费后续消息造成队列消息堆积。对于此类问题,处理意见就是合理设计异常处理的代码逻辑和合理调整最大重试次数,避免消息堆积,影响后续消费。
四、其他注意事项
- 顺序消息只支持可靠同步发送方式:不支持异步发送方式,否则将无法严格保证顺序。
- 顺序消息暂时仅支持集群消费模式:不支持广播消费模式。
- 顺序消息发送必须要设置消息组:消息组的粒度建议按照业务场景,尽可能细粒度设计,以便实现业务拆分和并发扩展。
综上所述,RocketMQ通过分区顺序、全局顺序等机制来保证消息的顺序性。
面试官:请详细说说RocketMQ的消息确认机制?
以下是对RocketMQ消息确认机制的详细阐述:
一、生产者发送确认
- 同步发送确认:
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生产者发送消息时,默认采用同步发送方式,即生产者会等待Broker的响应,以确保消息被成功写入到Broker中。
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当Broker成功接收到消息并持久化后,会返回给生产者一个响应结果,包括发送状态、消息ID等信息。
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如果发送失败,生产者可以根据返回的状态进行重试或其他处理;如果发送成功,则表示该条消息已经被写入到Broker中。
- 异步发送和单向发送:
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异步发送允许生产者在发送完毕后立即返回,而不需要等待Broker响应。这种方式可以提高发送效率,但可能无法立即知道消息是否发送成功。
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单向发送则更加简单,只负责将消息发出去,并不关心是否成功写入到Broker中。这种方式适用于对发送结果不敏感的场景。
二、消费者消费确认
- 自动确认和手动确认:
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RocketMQ提供了两种消费者确认方式:自动确认和手动确认。
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自动确认:消费者收到消息后会自动向Broker发送确认请求,表示已经成功消费该消息。这种方式适用于对消息处理的时效性要求不高的场景,但可能会存在消息丢失的风险(例如,消费者在处理消息时崩溃,但消息已被自动确认)。
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手动确认:消费者需要在处理完消息后,显式调用acknowledge方法向Broker发送确认请求。只有当Broker收到该请求后,才会将该消息标记为已经成功消费。这种方式可以保证消息不丢失,但需要额外的代码实现。
- 消费进度管理:
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RocketMQ通过维护一个消费进度来确保每条消息被正确消费。消费进度记录了每个Consumer Group对于每个Queue的消费偏移量。
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当一个Consumer成功消费一条消息后,会更新对应Queue的消费进度。这样,即使消费者崩溃或重启,也能从上次的消费进度继续消费消息。
- 重试机制:
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当消费者处理消息失败或发生异常时,RocketMQ提供了一套灵活的重试机制来确保消息被正确处理。
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具体实现上,当一个消息在一定时间内没有被成功消费时,RocketMQ会将该消息重新投递给同一个Consumer Group中的其他Consumer进行重新处理。
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根据配置的重试次数和间隔时间,重试次数达到上限后仍未成功,则将该消息放入死信队列等待人工干预。
三、事务消息确认
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RocketMQ还支持事务消息,通过事务消息可以达到分布式事务的最终一致,从而实现了可靠消息服务。
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发送方将半事务消息发送至RocketMQ服务端。服务端将消息持久化之后,向发送方返回Ack确认消息已经发送成功。
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由于消息为半事务消息,在未收到生产者对该消息的二次确认前,此消息被标记成“暂不能投递”状态。
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发送方根据本地事务执行结果向服务端提交二次确认(Commit或是Rollback)。服务端收到Commit状态则将半事务消息标记为可投递,订阅方最终将收到该消息;服务端收到Rollback状态则删除半事务消息,订阅方将不会接受该消息。
RocketMQ的消息确认机制包括生产者发送确认、消费者消费确认以及事务消息确认等多个方面。
面试官:刚刚你有提到RocketMq的事务,能说说RocketMQ的事务消息机制吗?
RocketMQ提供了事务消息的支持,用于处理分布式事务。在事务消息中,生产者发送半消息(half message),然后等待事务的执行结果。最终,根据事务的结果,生产者提交或回滚这条消息。这个机制保证了在分布式事务场景中消息的一致性。
一、工作原理
事务消息发送:事务消息发送分为两个阶段。首先,生产者发送半消息(Half Message),该消息处于预提交状态,但尚未提交到 CommitLog 中。
本地事务执行:生产者在发送半消息后,会执行本地事务。本地事务可能成功、失败或者状态不确定。
事务消息状态回查:RocketMQ 定期进行事务消息的状态回查。对于处于预提交状态的半消息,RocketMQ 会向生产者发送回查请求。
生产者处理回查请求:生产者收到回查请求后,需要根据本地事务的执行结果来确定如何处理该消息。如果本地事务成功,则提交该消息;如果本地事务失败,则回滚该消息。
消息提交或回滚:在回查后,生产者根据本地事务的执行结果提交或回滚事务消息。如果提交,消息变为可投递状态;如果回滚,消息将被删除。
消息可投递:一旦事务消息提交,RocketMQ 将允许该消息被消费者消费。
二、事务消息机制流程
流程描述如下。
半消息发送:生产者发送半消息(Half Message)到 RocketMQ 服务器。
消息状态为 Prepared:半消息的状态被设置为 "Prepared",表示消息处于预提交状态。
本地事务执行:生产者执行本地事务逻辑,可能是数据库操作、文件写入等。
事务消息状态回查:RocketMQ 定期进行事务消息的状态回查,向生产者询问半消息的本地事务执行结果。
生产者处理回查请求:生产者根据本地事务的执行结果,可能是提交、回滚或保持不变,返回相应的事务状态。
消息提交或回滚:如果本地事务成功,生产者将消息状态设置为 "Commit",表示提交;如果本地事务失败,生产者将消息状态设置为 "Rollback",表示回滚。
消息可投递或删除:如果消息状态为 "Commit",RocketMQ 允许该消息被消费者消费;如果消息状态为 "Rollback",该消息将被删除。
流程图:
三、代码示例(Java)
事务消息生产者:
TransactionMQProducer producer = new TransactionMQProducer("transaction_producer_group");
producer.setNamesrvAddr("localhost:9876");
// 设置事务监听器
producer.setTransactionListener(new TransactionListener() {
@Override
public LocalTransactionState executeLocalTransaction(Message msg, Object arg) {
// 执行本地事务逻辑,返回事务执行状态
// 可能是 COMMIT_MESSAGE、ROLLBACK_MESSAGE、UNKNOW
// 具体返回值要根据本地事务的执行结果来确定
}
@Override
public LocalTransactionState checkLocalTransaction(MessageExt msg) {
// 回查本地事务状态,返回事务执行状态
// 可能是 COMMIT_MESSAGE、ROLLBACK_MESSAGE、UNKNOW
// 具体返回值要根据本地事务的执行结果来确定
}
});
producer.start();
// 发送事务消息
Message message = new Message("transaction_topic", "TagA", "Hello, RocketMQ".getBytes());
SendResult sendResult = producer.sendMessageInTransaction(message, null);
System.out.println("Transaction Send Result: " + sendResult.getSendStatus());
producer.shutdown();
事务消息消费者:
DefaultMQPushConsumer consumer = new DefaultMQPushConsumer("transaction_consumer_group");
consumer.setNamesrvAddr("localhost:9876");
consumer.subscribe("transaction_topic", "*");
consumer.registerMessageListener((List<MessageExt> messages, ConsumeConcurrentlyContext context) -> {
for (MessageExt message : messages) {
// 处理事务消息的业务逻辑
// 注意:由于事务消息的状态可能是 UNKNOW,所以需要确保消息的幂等性
}
return ConsumeConcurrentlyStatus.CONSUME_SUCCESS;
});
consumer.start();
System.out.println("Transaction Consumer Started.");
四、为什么使用事务消息机制?
确保消息的一致性:事务消息机制允许生产者和消费者参与到分布式事务中,确保消息在发送和消费的过程中的一致性。
处理本地事务:生产者可以在发送半消息后执行本地事务。如果本地事务成功,生产者提交该消息;如果本地事务失败,生产者回滚该消息。
状态回查:RocketMQ 定期回查半消息的状态,以确保在网络分区、节点故障等情况下,能够最终处理事务消息的状态。
消息的幂等性:由于事务消息可能经历多次状态回查,消费者需要确保消息的处理是幂等的,以避免因为重复处理消息而引发的问题。
消息的可靠性:事务消息机制提供了一种可靠的消息传递方式,特别适用于要求事务一致性的场景,如订单支付、库存扣减等。