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消息队列基础 RabbitMQ与AMQP协议详解——超大规模高可用OpenStack核心技术深入解析系列(二)

OpenStack已经在很多大型企业里支撑起核心生产业务,这都源于OpenStack中的核心技术与架构,超大规模高可用OpenStack平台核心技术深入解析系列文章,主要介绍了EasyStack在企业级OpenStack一线实践中的所见所感,将分为消息队列篇,计算篇,存储篇,网络篇等等,每篇中的内容都以基础、高级划分,将OpenStack落地最后一公里实打实所遇到的问题分享给大家。

RabbitMQ与AMQP协议详解


1. 消息队列的历史
了解一件事情的来龙去脉,将不会对它感到神秘。让我们来看看消息队列(Message Queue)这项技术的发展历史。

Message Queue的需求由来已久,80年代最早在金融交易中,高盛等公司采用Teknekron公司的产品,当时的Message queuing软件叫做:the information bus(TIB)。 TIB被电信和通讯公司采用,路透社收购了Teknekron公司。之后,IBM开发了MQSeries,微软开发了Microsoft Message Queue(MSMQ)。这些商业MQ供应商的问题是厂商锁定,价格高昂。2001年,Java Message queuing试图解决锁定和交互性的问题,但对应用来说反而更加麻烦了。

于是2004年,摩根大通和iMatrix开始着手Advanced Message Queuing Protocol (AMQP)开放标准的开发。2006年,AMQP规范发布。2007年,Rabbit技术公司基于AMQP标准开发的RabbitMQ 1.0 发布。

目前RabbitMQ的最新版本为3.5.7,基于AMQP 0-9-1。
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RabbitMQ采用Erlang语言开发。Erlang语言由Ericson设计,专门为开发concurrent和distribution系统的一种语言,在电信领域使用广泛。OTP(Open Telecom Platform)作为Erlang语言的一部分,包含了很多基于Erlang开发的中间件/库/工具,如mnesia/SASL,极大方便了Erlang应用的开发。OTP就类似于Python语言中众多的module,用户借助这些module可以很方便的开发应用。

2. AMQP messaging 中的基本概念
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Broker: 接收和分发消息的应用,RabbitMQ Server就是Message Broker。

Virtual host: 出于多租户和安全因素设计的,把AMQP的基本组件划分到一个虚拟的分组中,类似于网络中的namespace概念。当多个不同的用户使用同一个RabbitMQ server提供的服务时,可以划分出多个vhost,每个用户在自己的vhost创建exchange/queue等。

Connection: publisher/consumer和broker之间的TCP连接。断开连接的操作只会在client端进行,Broker不会断开连接,除非出现网络故障或broker服务出现问题。

Channel: 如果每一次访问RabbitMQ都建立一个Connection,在消息量大的时候建立TCP Connection的开销将是巨大的,效率也较低。Channel是在connection内部建立的逻辑连接,如果应用程序支持多线程,通常每个thread创建单独的channel进行通讯,AMQP method包含了channel id帮助客户端和message broker识别channel,所以channel之间是完全隔离的。Channel作为轻量级的Connection极大减少了操作系统建立TCP connection的开销。

Exchange: message到达broker的第一站,根据分发规则,匹配查询表中的routing key,分发消息到queue中去。常用的类型有:direct (point-to-point), topic (publish-subscribe) and fanout (multicast)。

Queue: 消息最终被送到这里等待consumer取走。一个message可以被同时拷贝到多个queue中。

Binding: exchange和queue之间的虚拟连接,binding中可以包含routing key。Binding信息被保存到exchange中的查询表中,用于message的分发依据。

3. 典型的“生产/消费”消息模型
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生产者发送消息到broker server(RabbitMQ)。在Broker内部,用户创建Exchange/Queue,通过Binding规则将两者联系在一起。Exchange分发消息,根据类型/binding的不同分发策略有区别。消息最后来到Queue中,等待消费者取走。

4. Exchange类型
Exchange有多种类型,最常用的是Direct/Fanout/Topic三种类型。

Direct
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Message中的“routing key”如果和Binding中的“binding key”一致, Direct exchange则将message发到对应的queue中。

Fanout
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每个发到Fanout类型Exchange的message都会分到所有绑定的queue上去。

Topic
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根据routing key,及通配规则,Topic exchange将分发到目标queue中。

Routing key中可以包含两种通配符,类似于正则表达式:

#”通配任何零个或多个word
“*”通配任何单个word

这里也推荐给想要了解RabbitMQ的同学一个网站,http://tryrabbitmq.com ,它提供在线RabbitMQ 模拟器,可以帮助理解Exchange/queue/binding概念。
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至此,我们对于消息队列的发展,RabbitMQ的产生,以及AMQP协议中的重要概念做了一个完整的介绍,接下来,我们将从RabbitMQ集群,从运维角度看RabbitMQ,RabbitMQ是如何支撑千台节点OpenStack环境这些方面进行深入讨论。

作者:石奎,EasyStack高级架构师,曾任职WindRiver/EMC/华为等知名企业,十余年Linux操作系统定制开发及Kernel驱动开发经验,2012年开始贡献OpenStack社区,曾参与设计并实施国内金融领域首个支撑核心生产系统高可靠、高可用OpenStack云平台,具有丰富的超大规模OpenStack云平台的设计与实施经验,去年开始深入研究NFV领域技术及项目设计实施。

本文来自easystack授权发布

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