Java併發編程原理與實戰三十六：阻塞隊列&消息隊列

1、阻塞隊列

一、阻塞隊列BlockingQueue ----》能夠理解成生產者消費者的模式----》消費者要等待到生產者生產出來產品。----》而非阻塞隊列ConcurrentLinkedQueue是非阻塞的，因此它取出來的時候可能爲空。

二、注意使用BlockingQueue接口的時候。

add方法和remove方法是會拋出異常的

put和take是阻塞的

Offer和Poll是有帶返回值的

三、BlockingQueue的底層實現也是由wait,notifyAll,Condition來完成的。由JDK自帶的方法，實現起來都是比較高級的。

四、在生產環境中，咱們經常使用到的有哪些DelayQueue（延時隊列），LinkedBlockingQueue（鏈表阻塞隊列），LinkedTransferQueue(無邊界的鏈表阻塞隊列)

 

2、消息隊列

消息隊列中間件是分佈式系統中重要的組件，主要解決應用耦合，異步消息，流量削鋒等問題

實現高性能，高可用，可伸縮和最終一致性架構

使用較多的消息隊列有ActiveMQ，RabbitMQ，ZeroMQ，Kafka，MetaMQ，RocketMQ

二、消息隊列應用場景

如下介紹消息隊列在實際應用中經常使用的使用場景。異步處理，應用解耦，流量削鋒和消息通信四個場景

2.1異步處理

場景說明：用戶註冊後，須要發註冊郵件和註冊短信。傳統的作法有兩種 1.串行的方式；2.並行方式

（1）串行方式：將註冊信息寫入數據庫成功後，發送註冊郵件，再發送註冊短信。以上三個任務所有完成後，返回給客戶端

 

（2）並行方式：將註冊信息寫入數據庫成功後，發送註冊郵件的同時，發送註冊短信。以上三個任務完成後，返回給客戶端。與串行的差異是，並行的方式能夠提升處理的時間

 

假設三個業務節點每一個使用50毫秒鐘，不考慮網絡等其餘開銷，則串行方式的時間是150毫秒，並行的時間多是100毫秒。

由於CPU在單位時間內處理的請求數是必定的，假設CPU1秒內吞吐量是100次。則串行方式1秒內CPU可處理的請求量是7次（1000/150）。並行方式處理的請求量是10次（1000/100）

小結：如以上案例描述，傳統的方式系統的性能（併發量，吞吐量，響應時間）會有瓶頸。如何解決這個問題呢？

引入消息隊列，將不是必須的業務邏輯，異步處理。改造後的架構以下：

 

按照以上約定，用戶的響應時間至關因而註冊信息寫入數據庫的時間，也就是50毫秒。註冊郵件，發送短信寫入消息隊列後，直接返回，所以寫入消息隊列的速度很快，基本能夠忽略，所以用戶的響應時間多是50毫秒。所以架構改變後，系統的吞吐量提升到每秒20 QPS。比串行提升了3倍，比並行提升了兩倍

2.2應用解耦

場景說明：用戶下單後，訂單系統須要通知庫存系統。傳統的作法是，訂單系統調用庫存系統的接口。以下圖

 

傳統模式的缺點：

• 假如庫存系統沒法訪問，則訂單減庫存將失敗，從而致使訂單失敗

• 訂單系統與庫存系統耦合

如何解決以上問題呢？引入應用消息隊列後的方案，以下圖：

 

• 訂單系統：用戶下單後，訂單系統完成持久化處理，將消息寫入消息隊列，返回用戶訂單下單成功

• 庫存系統：訂閱下單的消息，採用拉/推的方式，獲取下單信息，庫存系統根據下單信息，進行庫存操做

• 假如：在下單時庫存系統不能正常使用。也不影響正常下單，由於下單後，訂單系統寫入消息隊列就再也不關心其餘的後續操做了。實現訂單系統與庫存系統的應用解耦

2.3流量削鋒

流量削鋒也是消息隊列中的經常使用場景，通常在秒殺或團搶活動中使用普遍

應用場景：秒殺活動，通常會由於流量過大，致使流量暴增，應用掛掉。爲解決這個問題，通常須要在應用前端加入消息隊列。

• 能夠控制活動的人數

• 能夠緩解短期內高流量壓垮應用

 

• 用戶的請求，服務器接收後，首先寫入消息隊列。假如消息隊列長度超過最大數量，則直接拋棄用戶請求或跳轉到錯誤頁面

• 秒殺業務根據消息隊列中的請求信息，再作後續處理

2.4日誌處理

日誌處理是指將消息隊列用在日誌處理中，好比Kafka的應用，解決大量日誌傳輸的問題。架構簡化以下

 

• 日誌採集客戶端，負責日誌數據採集，定時寫受寫入Kafka隊列

• Kafka消息隊列，負責日誌數據的接收，存儲和轉發

• 日誌處理應用：訂閱並消費kafka隊列中的日誌數據

如下是新浪kafka日誌處理應用案例：轉自（http://cloud.51cto.com/art/201507/484338.htm）

 

(1)Kafka：接收用戶日誌的消息隊列

(2)Logstash：作日誌解析，統一成JSON輸出給Elasticsearch

(3)Elasticsearch：實時日誌分析服務的核心技術，一個schemaless，實時的數據存儲服務，經過index組織數據，兼具強大的搜索和統計功能

(4)Kibana：基於Elasticsearch的數據可視化組件，超強的數據可視化能力是衆多公司選擇ELK stack的重要緣由

2.5消息通信

消息通信是指，消息隊列通常都內置了高效的通訊機制，所以也能夠用在純的消息通信。好比實現點對點消息隊列，或者聊天室等

點對點通信：

 

客戶端A和客戶端B使用同一隊列，進行消息通信。

聊天室通信：

 

客戶端A，客戶端B，客戶端N訂閱同一主題，進行消息發佈和接收。實現相似聊天室效果。

以上實際是消息隊列的兩種消息模式，點對點或發佈訂閱模式。模型爲示意圖，供參考。

3、消息中間件示例

3.1電商系統

 

消息隊列採用高可用，可持久化的消息中間件。好比Active MQ，Rabbit MQ，Rocket Mq。

（1）應用將主幹邏輯處理完成後，寫入消息隊列。消息發送是否成功能夠開啓消息的確認模式。（消息隊列返回消息接收成功狀態後，應用再返回，這樣保障消息的完整性）

（2）擴展流程（發短信，配送處理）訂閱隊列消息。採用推或拉的方式獲取消息並處理。

（3）消息將應用解耦的同時，帶來了數據一致性問題，能夠採用最終一致性方式解決。好比主數據寫入數據庫，擴展應用根據消息隊列，並結合數據庫方式實現基於消息隊列的後續處理。

3.2日誌收集系統

 

分爲Zookeeper註冊中心，日誌收集客戶端，Kafka集羣和Storm集羣（OtherApp）四部分組成。

• Zookeeper註冊中心，提出負載均衡和地址查找服務

• 日誌收集客戶端，用於採集應用系統的日誌，並將數據推送到kafka隊列

• Kafka集羣：接收，路由，存儲，轉發等消息處理

Storm集羣：與OtherApp處於同一級別，採用拉的方式消費隊列中的數據

4、JMS消息服務

講消息隊列就不得不提JMS 。JMS（Java Message Service,Java消息服務）API是一個消息服務的標準/規範，容許應用程序組件基於JavaEE平臺建立、發送、接收和讀取消息。它使分佈式通訊耦合度更低，消息服務更加可靠以及異步性。

在EJB架構中，有消息bean能夠無縫的與JM消息服務集成。在J2EE架構模式中，有消息服務者模式，用於實現消息與應用直接的解耦。

4.1消息模型

在JMS標準中，有兩種消息模型P2P（Point to Point）,Publish/Subscribe(Pub/Sub)。

4.1.1 P2P模式

 

P2P模式包含三個角色：消息隊列（Queue），發送者(Sender)，接收者(Receiver)。每一個消息都被髮送到一個特定的隊列，接收者從隊列中獲取消息。隊列保留着消息，直到他們被消費或超時。

P2P的特色

• 每一個消息只有一個消費者（Consumer）(即一旦被消費，消息就再也不在消息隊列中)

• 發送者和接收者之間在時間上沒有依賴性，也就是說當發送者發送了消息以後，無論接收者有沒有正在運行，它不會影響到消息被髮送到隊列

• 接收者在成功接收消息以後需向隊列應答成功 

若是但願發送的每一個消息都會被成功處理的話，那麼須要P2P模式。（架構KKQ：466097527，歡迎加入）

4.1.2 Pub/sub模式

 

包含三個角色主題（Topic），發佈者（Publisher），訂閱者（Subscriber） 多個發佈者將消息發送到Topic,系統將這些消息傳遞給多個訂閱者。

Pub/Sub的特色

• 每一個消息能夠有多個消費者

• 發佈者和訂閱者之間有時間上的依賴性。針對某個主題（Topic）的訂閱者，它必須建立一個訂閱者以後，才能消費發佈者的消息

• 爲了消費消息，訂閱者必須保持運行的狀態

爲了緩和這樣嚴格的時間相關性，JMS容許訂閱者建立一個可持久化的訂閱。這樣，即便訂閱者沒有被激活（運行），它也能接收到發佈者的消息。

若是但願發送的消息能夠不被作任何處理、或者只被一個消息者處理、或者能夠被多個消費者處理的話，那麼能夠採用Pub/Sub模型。

4.2消息消費

在JMS中，消息的產生和消費都是異步的。對於消費來講，JMS的消息者能夠經過兩種方式來消費消息。

（1）同步

訂閱者或接收者經過receive方法來接收消息，receive方法在接收到消息以前（或超時以前）將一直阻塞；

（2）異步

訂閱者或接收者能夠註冊爲一個消息監聽器。當消息到達以後，系統自動調用監聽器的onMessage方法。

 

JNDI：Java命名和目錄接口,是一種標準的Java命名系統接口。能夠在網絡上查找和訪問服務。經過指定一個資源名稱，該名稱對應於數據庫或命名服務中的一個記錄，同時返回資源鏈接創建所必須的信息。

JNDI在JMS中起到查找和訪問發送目標或消息來源的做用。

4.3JMS編程模型

(1) ConnectionFactory

建立Connection對象的工廠，針對兩種不一樣的jms消息模型，分別有QueueConnectionFactory和TopicConnectionFactory兩種。能夠經過JNDI來查找ConnectionFactory對象。

(2) Destination

Destination的意思是消息生產者的消息發送目標或者說消息消費者的消息來源。對於消息生產者來講，它的Destination是某個隊列（Queue）或某個主題（Topic）;對於消息消費者來講，它的Destination也是某個隊列或主題（即消息來源）。

因此，Destination實際上就是兩種類型的對象：Queue、Topic能夠經過JNDI來查找Destination。

(3) Connection

Connection表示在客戶端和JMS系統之間創建的連接（對TCP/IP socket的包裝）。Connection能夠產生一個或多個Session。跟ConnectionFactory同樣，Connection也有兩種類型：QueueConnection和TopicConnection。

(4) Session

Session是操做消息的接口。能夠經過session建立生產者、消費者、消息等。Session提供了事務的功能。當須要使用session發送/接收多個消息時，能夠將這些發送/接收動做放到一個事務中。一樣，也分QueueSession和TopicSession。

(5) 消息的生產者

消息生產者由Session建立，並用於將消息發送到Destination。一樣，消息生產者分兩種類型：QueueSender和TopicPublisher。能夠調用消息生產者的方法（send或publish方法）發送消息。

(6) 消息消費者

消息消費者由Session建立，用於接收被髮送到Destination的消息。兩種類型：QueueReceiver和TopicSubscriber。可分別經過session的createReceiver(Queue)或createSubscriber(Topic)來建立。固然，也能夠session的creatDurableSubscriber方法來建立持久化的訂閱者。

(7) MessageListener

消息監聽器。若是註冊了消息監聽器，一旦消息到達，將自動調用監聽器的onMessage方法。EJB中的MDB（Message-Driven Bean）就是一種MessageListener。

深刻學習JMS對掌握JAVA架構，EJB架構有很好的幫助，消息中間件也是大型分佈式系統必須的組件。本次分享主要作全局性介紹，具體的深刻須要你們學習，實踐，總結，領會。

5、經常使用消息隊列

通常商用的容器，好比WebLogic，JBoss，都支持JMS標準，開發上很方便。但免費的好比Tomcat，Jetty等則須要使用第三方的消息中間件。本部份內容介紹經常使用的消息中間件（Active MQ,Rabbit MQ，Zero MQ,Kafka）以及他們的特色。

5.1 ActiveMQ

ActiveMQ 是Apache出品，最流行的，能力強勁的開源消息總線。ActiveMQ 是一個徹底支持JMS1.1和J2EE 1.4規範的 JMS Provider實現，儘管JMS規範出臺已是好久的事情了，可是JMS在當今的J2EE應用中間仍然扮演着特殊的地位。

ActiveMQ特性以下：

⒈ 多種語言和協議編寫客戶端。語言: Java,C,C++,C#,Ruby,Perl,Python,PHP。應用協議： OpenWire,Stomp REST,WS Notification,XMPP,AMQP

⒉ 徹底支持JMS1.1和J2EE 1.4規範 （持久化，XA消息，事務)

⒊ 對spring的支持，Activ

 

參考資料：

https://blog.csdn.net/seven__________7/article/details/70225830