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微服务24_服务异步通信04：高可用问题、镜像集群、仲裁队列

前言：消息队列在使用过程中，面临着很多实际问题需要思考：
本文章是：高可用问题
一、集群分类：
二、普通集群
- 1、特征：
- 2、部署普通集群
- - 1. 准备三个节点：
  - 2.获取cookie
  - 3.准备集群配置
- 3、启动集群
- 4、测试
- - 1.数据共享测试
  - 2.可用性测试
三、镜像集群
- 1、特征：
- 2、镜像模式的配置
- - 1.exactly模式
  - 2.all模式
  - 3.nodes模式
- 3、测试
- - 1.数据共享模式：
  - 2.优点是：高可用
四、仲裁队列
- 1、集群特征
- 2、添加仲裁队列
- 3、Java代码创建仲裁队列
- 4、SpringAMQP连接MQ集群
五、集群扩容
- 1、加入集群
- 2、增加仲裁队列副本

前言：消息队列在使用过程中，面临着很多实际问题需要思考：

消息可靠性问题：确保发送的消息至少被消费一次。当发送消息后，MQ一定保证投递到消费者，而且被消费掉。
延迟消息的问题：实现消息的延迟投递。业务需求，例如BOSS预约腾讯会议，半个小时后通知所有的人。
消息堆积问题：如何解决数百万消息堆积，无法及时消费的问题。。例如在高并发场景下，消息的发送越来越多，消费者忙不过来。那么MQ能否保存数百万的消息。
高可用问题：应避免单点的MQ故障，避免不可以问题。单机模式，一旦出现故障，整个服务就不用了。搭建集群、集群同步、集群通信。

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第一节：消息可靠性问题
第二节：延迟消息问题
第三节：消息堆积问题
第四节：高可用问题：普通、镜像、仲裁集群
本文章是：高可用问题一、集群分类： RabbitMQ的底层是基于Erlang语言编写，而Erlang又是一个面向并发的语言，支持天然集群模式。
RabbitMQ的集群有两种模式：

普通集群：是一种分布式集群，将队列分散到集群的各个节点，从而提高整个集群的并发能力。
优点是：不同的节点保存了不同的队列，将请求分散了，提高并发能力
缺点是：都集群某个节点出现了故障，该集群中的队列、消息全都消失了。所以存在不可用性
镜像集群：是一种主从集群，普通的集群基础上，添加了主从备份功能，提高集群的数据可用性。
优点：就算有某个节点出现了故障，那么从节点还是有备份数据。提高了整体可用性
缺点：镜像集群虽然支持主从（数据要求同步），但主从同步并不是强一致的，某些情况下可能有数据丢失的风险。

因此在Rabbitmq的3.8版本以后推出了新功能：

仲裁队列：
仲裁队列来代替镜像集群，底层采用Raft协议确保主从的数据一致性

二、普通集群 1、特征：

会在集群的各个节点间共享部分数据，包括：交换机、队列元信息。不包含队列中的消息。

队列元数据：队列中的描述信息：队列的名字、队列所在的节点、队列中的消息。在其他节点中相当于是一个引用该队列所在的节点
但是不包含消息的本身。

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当访问集群某节点时，如果队列不在该节点，会从数据所在的节点上面，传到访问该节点的节点上，并返回。
队列所在节点宕机，队列中的消息就会丢失

2、部署普通集群 1. 准备三个节点：
三个节点理论上是三台机器，准备在docker上面模拟三个节点：

主机名	控制台端口	amqp通信端口
mq1	8081 —> 15672	8071 —> 5672
mq2	8082 —> 15672	8072 —> 5672
mq3	8083 —> 15672	8073 —> 5672

在RabbitMQ当中，集群节点的标识默认是：rabbit@[hostname]，因此以上三个节点的名称分别为： hostname =mq1/2/3
rabbit@mq1
rabbit@mq2
rabbit@mq3

节点与节点通过主机名来相互访问

控制台端口：因为在一个机器里面，所以分别叫8081/2/3
amqp通信端口：因为在一个机器里面，分别叫：8071/2/3
2.获取cookie
RabbitMQ底层依赖于Erlang，而Erlang虚拟机就是一个面向分布式的语言，默认就支持集群模式。集群模式中的每个RabbitMQ 节点使用 cookie 来确定它们是否被允许相互通信。
要使两个节点能够通信，它们必须具有相同的共享秘密，称为Erlang cookie。cookie 只是一串最多 255 个字符的字母数字字符。
每个集群节点必须具有相同的 cookie。实例之间也需要它来相互通信。

Erlang语言底层在做集群的时候，集群通信必须有一个授权：身份认证。身份认证是通过cookie来认证。在集群中只有各个节点的cookie都一样，才能相互通信，需要提前准备好，然后共享给每一个节点。从而达到各个节点通信功能。

我们先在之前启动的mq容器中获取一个cookie值，作为集群的cookie。执行下面的命令：

docker exec -it mq cat /var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie

【微服务的学习|微服务24_服务异步通信04（RabbitMQ高可用问题、镜像集群、仲裁队列）】可以看到cookie值如下：

IWZHZVFLDQIFGMBPRFIB

到时候就可以用这个cookie共享三个节点了
接下来，停止并删除当前的mq容器，我们重新搭建集群。

docker rm -f mq

清空数据卷：docker volume prune
3.准备集群配置
在/tmp目录新建一个配置文件 rabbitmq.conf：

cd /tmp # 创建文件 touch rabbitmq.conf

文件内容如下：

loopback_users.guest = false# 禁用guest用户，因为rabbit默认的guest用户 listeners.tcp.default = 5672 # 监听的端口，MQ消息通信就是该端口 cluster_formation.peer_discovery_backend = rabbit_peer_discovery_classic_config cluster_formation.classic_config.nodes.1 = rabbit@mq1# 集群中的节点信息 cluster_formation.classic_config.nodes.2 = rabbit@mq2 cluster_formation.classic_config.nodes.3 = rabbit@mq3

再创建一个文件，记录cookie

cd /tmp # 创建cookie文件 touch .erlang.cookie # 写入cookie echo "IWZHZVFLDQIFGMBPRFIB" > .erlang.cookie # 修改cookie文件的权限 chmod 600 .erlang.cookie

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准备三个目录,mq1、mq2、mq3：

cd /tmp # 创建目录 mkdir mq1 mq2 mq3

然后拷贝rabbitmq.conf、cookie文件到mq1、mq2、mq3：

# 进入/tmp cd /tmp # 拷贝 cp rabbitmq.conf mq1 cp rabbitmq.conf mq2 cp rabbitmq.conf mq3 cp .erlang.cookie mq1 cp .erlang.cookie mq2 cp .erlang.cookie mq3

3、启动集群创建一个网络：三个设备可以互连

root@localhost tmp.mq]# docker network create mq-net 82122a9847a40de97e44dea5c46c4c0f58df47f6a3a158604c3168012a91999a

docker volume create
运行命令

docker run -d --net mq-net \# 加入网络 -v ${PWD}/mq1/rabbitmq.conf:/etc/rabbitmq/rabbitmq.conf \ # 数据卷的挂载 -v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \ -e RABBITMQ_DEFAULT_USER=itcast \ -e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \ --name mq1 \ # 容器名字 --hostname mq1 \#主机名字和容器名字保持一致。 # 容器互连要用容器名字互连，主机名字又是唯一标识，两者一致的话比较好区分。 -p 8071:5672 \# 5672 映射到8071 -p 8081:15672 \ rabbitmq:3.8-management

docker run -d --net mq-net \ -v ${PWD}/mq2/rabbitmq.conf:/etc/rabbitmq/rabbitmq.conf \ -v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \ -e RABBITMQ_DEFAULT_USER=itcast \ -e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \ --name mq2 \ --hostname mq2 \ -p 8072:5672 \ -p 8082:15672 \ rabbitmq:3.8-management

docker run -d --net mq-net \ -v ${PWD}/mq3/rabbitmq.conf:/etc/rabbitmq/rabbitmq.conf \ -v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \ -e RABBITMQ_DEFAULT_USER=itcast \ -e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \ --name mq3 \ --hostname mq3 \ -p 8073:5672 \ -p 8083:15672 \ rabbitmq:3.8-management

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4、测试在mq1这个节点上添加一个队列：

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如图，在mq2和mq3两个控制台也都能看到：
是因为队列的源信息是共享的。

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1.数据共享测试
点击这个队列，进入管理页面：
然后利用控制台发送一条消息到这个队列：
结果在mq2、mq3上都能看到这条消息：
引用消息，但是当取消息的时候，可以从另外一个节点把消息传过来。所以在任意节点都可以看到消息

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2.可用性测试
我们让其中一台节点mq1宕机：

docker stop mq1

如果声明该队列的节点挂掉了，那么该队列是不可以用了，那么其他节点中也看不到消息了。说明：队列是没有实现共享的。说明数据并没有拷贝到mq2和mq3。。
然后登录mq2或mq3的控制台，发现simple.queue也不可用了：

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三、镜像集群 1、特征：镜像集群：本质是主从模式，具备下面的特征：

交换机、队列、队列中的消息会在各个mq的镜像节点之间同步备份。
相比普通模式，不光可以交换机可以共享，镜像集群模式中：在镜像之前还可以队列和队列消息做共享。
创建队列的节点被称为该队列的主节点，备份到的其它节点叫做该队列的镜像节点。

主节点和镜像节点可以备份所有

一个队列的主节点可能是另一个队列的镜像节点

例如：节点1的队列1是主节点，镜像是节点2.
节点3的队列3是主节点，镜像是节点1.
所以：节点1既是主节点，也是镜像。

所有操作都是主节点完成，然后同步给镜像节点

当某一节点操作了消息，会先告知主节点，主节点会同步所有的节点

主宕机后，镜像节点会替代成新的主

主节点宕机，镜像节点会代替主节点，成为该队列的主节点，并再找一个节点作为镜像，作为备份队列。当前主节点重启后，该队列与该节点无关系了。

默认情况下，队列只保存在创建该队列的节点上。而镜像模式下，创建队列的节点被称为该队列的主节点，队列还会拷贝到集群中的其它节点，也叫做该队列的镜像节点。
但是，不同队列可以在集群中的任意节点上创建，因此不同队列的主节点可以不同。甚至，一个队列的主节点可能是另一个队列的镜像节点。
用户发送给队列的一切请求，例如发送消息、消息回执默认都会在主节点完成，如果是从节点接收到请求，也会路由到主节点去完成。镜像节点仅仅起到备份数据作用。
当主节点接收到消费者的ACK时，所有镜像都会删除节点中的数据。

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2、镜像模式的配置镜像模式的配置有3种模式：

ha-mode	ha-params	效果
准确模式exactly	队列的副本量count	集群中队列副本（主服务器和镜像服务器之和）的数量。count如果为1意味着单个副本：即队列主节点。count值为2表示2个副本：1个队列主和1个队列镜像。换句话说：count = 镜像数量 + 1。如果群集中的节点数少于count，则该队列将镜像到所有节点。如果有集群总数大于count+1，并且包含镜像的节点出现故障，则将在另一个节点上创建一个新的镜像。
all	(none)	队列在群集中的所有节点之间进行镜像。队列将镜像到任何新加入的节点。镜像到所有节点将对所有群集节点施加额外的压力，包括网络I / O，磁盘I / O和磁盘空间使用情况。推荐使用exactly，设置副本数为（N / 2 +1）。
nodes	node names	指定队列创建到哪些节点，如果指定的节点全部不存在，则会出现异常。如果指定的节点在集群中存在，但是暂时不可用，会创建节点到当前客户端连接到的节点。

这里我们以rabbitmqctl命令作为案例来讲解配置语法。
语法示例：
1.exactly模式

rabbitmqctl set_policy ha-two "^two\." '{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}'

rabbitmqctl set_policy：固定写法
ha-two：策略名称，自定义
"^two\."：匹配队列的正则表达式，符合命名规则的队列才生效，这里是任何以two.开头的队列名称
'{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}': 策略内容
- "ha-mode":"exactly"：策略模式，此处是exactly模式，指定副本数量
- "ha-params":2：策略参数，这里是2，就是副本数量为2，1主1镜像
- "ha-sync-mode":"automatic"：同步策略，默认是manual，即新加入的镜像节点不会同步旧的消息。如果设置为automatic，则新加入的镜像节点会把主节点中所有消息都同步，会带来额外的网络开销

2.all模式

rabbitmqctl set_policy ha-all "^all\." '{"ha-mode":"all"}'

ha-all：策略名称，自定义
"^all\."：匹配所有以all.开头的队列名
'{"ha-mode":"all"}'：策略内容
- "ha-mode":"all"：策略模式，此处是all模式，即所有节点都会称为镜像节点

3.nodes模式

rabbitmqctl set_policy ha-nodes "^nodes\." '{"ha-mode":"nodes","ha-params":["rabbit@nodeA", "rabbit@nodeB"]}'

rabbitmqctl set_policy：固定写法
ha-nodes：策略名称，自定义
"^nodes\."：匹配队列的正则表达式，符合命名规则的队列才生效，这里是任何以nodes.开头的队列名称
'{"ha-mode":"nodes","ha-params":["rabbit@nodeA", "rabbit@nodeB"]}': 策略内容
- "ha-mode":"nodes"：策略模式，此处是nodes模式
- "ha-params":["rabbit@mq1", "rabbit@mq2"]：策略参数，这里指定副本所在节点名称

3、测试我们使用exactly模式的镜像，因为集群节点数量为3，因此镜像数量就设置为2.
运行下面的命令：
进入任意节点的容器的控制台：
docker exec -it mq1 bash

rabbitmqctl set_policy ha-two "^two\." '{"ha-mode":"exactly","ha-params":2,"ha-sync-mode":"automatic"}'

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下面，我们创建一个新的队列：

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1.数据共享模式：
给two.queue发送一条消息，然后在mq1、mq2、mq3的任意控制台查看消息。都是可以看到的
2.优点是：高可用
现在，我们让two.queue的主节点mq1宕机：

docker stop mq1

查看队列状态：
重点：和普通集群模式的区别出来了：

发现该队列依然是健康的！
并且其主节点切换到了rabbit@mq2上
然后镜像节点是rabbit@mq3
重启后的mq1，与该队里既不是镜像也不是主节点了

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四、仲裁队列

镜像集群的缺点：
镜像队列虽然能做主从，主从同步时，可能有数据丢失的风险，因为并不是强一致的。
但是仲裁队列就能解决该问题。

1、集群特征仲裁队列：仲裁队列是3.8版本以后才有的新功能，用来替代镜像队列，引入了新的仲裁队列，他具备与镜像队里类似的功能，但使用更加方便。具备下列特征：

与镜像队列一样，都是主从模式，支持主从数据同步
使用非常简单，没有复杂的配置
主从同步基于Raft协议，强一致

2、添加仲裁队列在任意控制台添加一个队列，一定要选择队列类型为Quorum类型。

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在任意控制台查看队列：

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可以看到，仲裁队列的 + 2字样。代表这个队列有2个镜像节点。
因为仲裁队列默认的镜像数为5。如果你的集群有7个节点，那么镜像数肯定是5；而我们集群只有3个节点，因此镜像数量就是3.
3、Java代码创建仲裁队列其实仲裁队列本身就是一个普通的队列，集群搭建好了以后，只要创建quorum类型的就行了

@Bean public Queue quorumQueue() { return QueueBuilder .durable("quorum.queue") // 持久化 .quorum() // 仲裁队列 .build(); }

4、SpringAMQP连接MQ集群注意，这里用address来代替host、port方式

spring: rabbitmq: addresses: 192.168.150.105:8071, 192.168.150.105:8072, 192.168.150.105:8073 username: itcast password: 123321 virtual-host: /

可以看到当运行消费者代码时：可以看到仲裁队列已经创建成功了：

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测试：通过队列发送接收消息都是一样的操作。

-- 发送消息： @Test public void testQuorumQueues(){ Message message = MessageBuilder .withBody("哈喽，quorum能接收到消息吗？".getBytes(StandardCharsets.UTF_8)) .setDeliveryMode(MessageDeliveryMode.PERSISTENT) .build(); rabbitTemplate.convertAndSend("quorum.queue",message); }-- 接收消息：配置类： @Configuration public class QuorumConfig { @Bean public Queue quorumQueue(){ return QueueBuilder.durable("quorum.Queue2") .quorum() .build(); } } -- 接收消息 @Component类： @RabbitListener(queues = "quorum.queue") public void listenSimpleQueue(String msg) { // 此时已经接收到了消息： log.debug("消费者接收到simple.queue的消息：【" + msg + "】"); // 消费消息： log.debug("消息已经消费完成了"); }

五、集群扩容 1、加入集群 1）启动一个新的MQ容器：

docker run -d --net mq-net \ -v ${PWD}/.erlang.cookie:/var/lib/rabbitmq/.erlang.cookie \ -e RABBITMQ_DEFAULT_USER=itcast \ -e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=123321 \ --name mq4 \ --hostname mq5 \ -p 8074:15672 \ -p 8084:15672 \ rabbitmq:3.8-management

2）进入容器控制台：