【IT168 技术】本文将提供一个基于高可用配置的RabbitMQ集群方案。通过介绍RabbitMQ的基本概念、主要作用和使用场景，并搭建RabbitMQ单节点环境、用程序演示消息发送接收过程，以及搭建RabbitMQ高可用集群环境，来生动而完整地介绍整个集群方案。并结合自己的实践，分享一些在集群环境下的客户端开发优化经验。
本文内容主要包括以下几个方面：
1、RabbitMQ基础介绍
2、RabbitMQ单节点环境的实践
3、RabbitMQ高可用集群环境的实践
4、总结
一、 RabbitMQ基础介绍
RabbitMQ是基于AMQP(Advanced Message Queuing Protocol，高级消息队列协议)实现的消息中间件。消息中间件主要用于组件之间的解耦，消息的发送者无需知道消息接收者的存在，反之亦然。RabbitMQ有很多优点：
1、支持集群环境和高可用队列，鲁棒性强
2、支持丰富的开发平台，如Java、.NET、Python、Perl、PHP、JavaScript等;
3、可运行在大多数操作系统;
4、开源、有活跃的社区、有丰富的插件。
RabbitMQ作为消息代理(message broker)，给我们提供了发送、接收消息的平台，并能在消息被接收之前保持其持久性。通常用于应用程序之间、以及程序内各组件之间的消息传递等场景。比如，用于实现Java程序与Perl程序之间的消息传递;又如在Java Web程序中用于后台功能模块与前台通知模块之间的消息传递，等等。
在使用RabbitMQ进行客户端开发之前，我们需要了解下它的基本组件和概念：
Broker: 消息队列服务器，是接受客户端连接，实现AMQP消息队列和路由功能的进程。
1、Virtual Host: 是一个逻辑概念，一个Virtual Host里面可以有若干个Exchange和Queue，它是权限控制的最小单元。
2、Queue: 消息队列载体，用于存储消息。
3、Exchange: 路由，用于接收消息并根据Binding规则将消息路由给服务器中的队列。
4、Binding: 绑定，用于把Exchange和Queue按照路由规则绑定起来。
5、RoutingKey: 路由关键字，Exchange根据这个关键字进行消息投递。
6、Connection: 连接，一个位于客户端和Broker之间的TCP连接。
7、Channel: 消息通道，在客户端的每个Connection里可建立多个Channel，每个channel代表一个会话。之所以需要Channel，是因为TCP连接的建立和释放都是十分昂贵的。
二、 RabbitMQ单节点环境的实践
上面简单介绍了RabbitMQ的作用和优点，以及基本组件和概念。接下来，我们以Ubuntu 14.04 LTS 64bit的服务器为例，动手搭建一个RabbitMQ Server的单节点环境(当前最新版是rabbitmq-server_3.6.5)，并编写java程序来测试RabbitMQ发送、接受消息的具体过程，具体步骤如下：
1. 通过APT方式安装RabbitMQ服务
1.1 添加APT库到本地软件更新的服务器地址列表中:
echo 'deb http://www.rabbitmq.com/debian/ testing main' |sudo tee /etc/apt/sources.list.d/rabbitmq.list
1.2 下载RabbitMQ的公钥并添加到本地trusted数据库中：
wget -O- https://www.rabbitmq.com/rabbitmq-release-signing-key.asc |sudo apt-key add -
1.3 更新APT库软件包列表：
sudo apt-get update
1.4 安装RabbitMQ软件包(安装之后默认启动)：
sudo apt-get install rabbitmq-server
2. 启用常用插件，包括管理插件、web-stomp插件等
rabbitmq-plugins enable rabbitmq_management rabbitmq_web_stomp rabbitmq_stomp
3. 添加管理用户并授权
RabbitMQ安装之后，会创建默认的Virtual Host(即“/”)，以及默认的管理账户(guest/guest)，但该guest账户只能以localhost方式连接到Broker。如果需要远程访问Broker, 我们可以通过配置新的管理员账户来实现。
rabbitmqctl add_user admin admin
rabbitmqctl set_user_tags admin administrator
rabbitmqctl set_permissions -p / admin '.*' '.*' '.*'
4. 重启服务
service rabbitmq-server restart
▲RabbitMQ安装过程
另外，通过service rabbitmq-server status 命令可以查看该服务是否正常运行
5. 访问管理页面
重启服务之后，在浏览器中输入http://{server_ip}:15672，并用上面新建的admin/admin账户来登录，即可监控RabbitMQ的运行情况。
通过管理页面，我们可以管理Connection、Channel、Exchange、Queue等组件，并能够通过Admin模块来管理User、Virtual Host及Policy。
▲RabbitMQ管理页面(需启用管理插件)
6. 使用Java程序发送、接收消息
现在我们来通过java程序来实现一个简单的生产者-消费者模型。生产者(P)发送消息到Broker的Queue中,消费者(C)从Broker的Queue中获取消息。如下图：
▲基于消息队列的生产者消费者模型
6.1 编写生产者java类：Send.java
▲Send.java
6.2 编写消费者java类：Recv.java
▲Recv.java
6.3 运行程序Send.java及Recv.java，查看消息发送、接收情况。
▲Send.java与Recv.java执行结果
三、 RabbitMQ高可用集群环境的实践
集群是保证服务可靠性的一种方式，同时可以通过水平扩展以提升消息吞吐能力。RabbitMQ是用分布式程序设计语言erlang开发的，所以天生就支持集群。接下来，将介绍RabbitMQ分布式消息处理方式、集群模式、节点类型，并动手搭建一个高可用集群环境，最后通过java程序来验证集群的高可用性。
1. 三种分布式消息处理方式
RabbitMQ分布式的消息处理方式有以下三种：
1、Clustering：不支持跨网段，各节点需运行同版本的Erlang和RabbitMQ, 应用于同网段局域网。
2、Federation：允许单台服务器上的Exchange或Queue接收发布到另一台服务器上Exchange或Queue的消息, 应用于广域网，。
3、Shovel：与Federation类似，但工作在更低层次。
RabbitMQ对网络延迟很敏感，在LAN环境建议使用clustering方式;在WAN环境中，则使用Federation或Shovel。我们平时说的RabbitMQ集群，说的就是clustering方式，它是RabbitMQ内嵌的一种消息处理方式，而Federation或Shovel则是以plugin形式存在。
2. 两种集群模式
▲RabbitMQ集群结构
2.1 普通模式(默认)
图7是由3个节点(Node1,Node2,Node3)组成的RabbitMQ普通集群环境，Exchange A的元数据信息在所有节点上是一致的;而Queue的完整信息只有在创建它的节点上，各个节点仅有相同的元数据，即队列结构。
当producer发送消息到Node1节点的Queue1中后，consumer从Node3节点拉取时，RabbitMQ会临时在Node1、Node3间进行消息传输，把Node1中的消息实体取出并经过Node3发送给consumer。
该模式存在一个问题：当Node1节点发生故障后，Node3节点无法取到Node1节点中还未被消费的消息实体。如果消息没做持久化，那么消息将永久性丢失;如果做了持久化，那么只有等Node1节点故障恢复后，消息才能被其他节点消费。
2.2 镜像模式(基于镜像队列)
它是在普通模式的基础上，把需要的队列做成镜像队列，存在于多个节点来实现高可用(HA)。该模式解决了上述问题，Broker会主动地将消息实体在各镜像节点间同步，在consumer取数据时无需临时拉取。
该模式带来的副作用也很明显，除了降低系统性能外，如果镜像队列数量过多，加之大量的消息进入，集群内部的网络带宽将会被大量消耗。通常地，对可靠性要求较高的场景建议采用镜像模式。
3. 两种集群节点类型
1、RAM Node(内存节点)：将所有的Virtual Host、Queue、Exchange、Binding、User等的元数据存储在内存中，因此性能比较出色。
2、DISC Node(磁盘节点): 将元数据存储在磁盘中。
注：RabbitMQ单节点环境只允许是磁盘节点，防止重启RabbitMQ时丢失系统的配置信息。RabbitMQ集群环境至少要有一个磁盘节点，因为当节点加入或者离开集群时，必须要将该变更通知到至少一个磁盘节点。
