RabbitMQ的原理与使用
什么是队列（queue）？
队列是一种存储、组织数据的数据结构，最大的特点就是先进先出（FIFO）。
什么是消息队列？
服务之间最常见的通信方式是直接调用彼此来通信，消息从一端发出后立即就可以达到另一端，称为即时消息通讯（同步通信)；
消息从某一端发出后，首先进入一个容器进行临时存储，当达到某种条件后，再由这个容器发送给另一端，称为延迟消息通讯 （异步通信）。
而容器的一个具体实现就是MQ(Message Queue)。
可以通过小红和小明读书的故事来理解一下消息队列。
什么是RabbitMQ？
RabbitMQ是一个实现了AMQP（Advanced Message Queuing Protocol）高级消息队列协议的消息队列服务，用Erlang语言编写，Erlang语言是为电话交换机开发的语言，天生自带高并发光环，和高可用特性。
rabbitmq模拟器：http://tryrabbitmq.com/，可以直观的理解消息的传递方式。
使用方法：
1、直接将画框左面的图标拖进画图区，构建想要的拓扑图；
2、按住ALT或SHIFT键，鼠标点击需要连接的图标（如果不能连接，试试相反方向，例如先点击queue再点击exchange） ;
3、双击击图标进行编辑设置各项功能；
4、binding key不在queue上设定，双击击连线中间bindingkey。
什么是AMQP协议？
全称为Advanced Message Queuing Protocol，一个提供统一消息服务的应用层标准高级消息队列协议，是一个通用的应用层协议。消息发送与接受的双方遵守这个协议可以实现异步通讯，这个协议约定了消息的格式和工作方式。
为什么选择RabbitMQ？
现在的市面上有很多MQ可以选择，比如ActiveMQ、ZeroMQ、Appche Qpid，那问题来了为什么要选择RabbitMQ？
- 除了Qpid，RabbitMQ是唯一一个实现了AMQP标准的消息服务器；
- 可靠性，RabbitMQ的持久化支持，保证了消息的稳定性；
- 高并发，RabbitMQ使用了Erlang开发语言，Erlang是为电话交换机开发的语言，天生自带高并发光环，和高可用特性；
- 集群部署简单，正是应为Erlang使得RabbitMQ集群部署变的超级简单；
- 社区活跃度高，根据网上资料来看，RabbitMQ也是首选。
RabbitMQ的流程与原理
流程示例
角色
生产者：消息的创建者，负责创建和推送数据到消息服务器；
消费者：消息的接收方，用于处理数据和确认消息；
代理人：就是RabbitMQ本身，用于扮演“快递”的角色，本身不生产消息，只是扮演“快递”的角色。
名词解释
ConnectionFactory（连接管理器）：应用程序与Rabbit之间建立连接的管理器，程序代码中使用；
Channel（信道）：消息推送使用的通道，1个或多个；
Broker（代理人）：即RabbitMQ Server，不是集群，就是1个，否则就是多个；
Virtual host（虚拟机）：简称vhost，1个或多个，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
Exchange（交换器）：用于接受、分配消息，1个或多个；
Queue（队列）：用于存储生产者的消息，1个或多个；
RoutingKey（路由键）：用于把生产者的数据分配到交换器上；
BindingKey（绑定键）：用于把交换器的消息绑定到队列上。
个人理解RoutingKey和BindingKey是指同一个关系，只不过是站在消费者和和生产者的角度，叫法不一样，取名不一样。
原理
1、建立信道（Channel）
首先必须连接到RabbitMQ才能发布和消费消息，那怎么连接和发送消息的呢？
我们的应用程序和Broker（RabbitMQ Server）之间会创建一个TCP连接，一旦TCP打开，并通过了认证，认证就是我们试图连接RabbitMQ之前发送的RabbitMQ服务器连接信息、用户名和密码，有点像程序连接数据库，一旦认证通过你的应用程序和RabbitMQ就创建了一条AMQP信道（Channel）。
信道是创建在“真实”TCP上的虚拟连接，AMQP命令都是通过信道发送出去的，每个信道都会有一个唯一的ID，不论是发布消息，订阅队列或者介绍消息都是通过信道完成的。
连接管理器管理着所有的信道。
2、创建/定位虚拟机（vhost）
默认vhost为/，在建立连接时将作为参数传递给Broker（可以理解就是RabbitMQ本身），Broker会帮助我们创建好vhost，每个RabbitMQ可以创建多个vhost，每个vhost可以理解成一个mini版的RabbitMQ，个人觉得也可以把vhost理解成一个命名空间。
3、创建/定位队列（Queue），存放消息
如上图所示，创建队列1（名称为Q1），创建完队列后，会将队列1（Q1）与交换机1（E1）建议绑定关系（E1Q1），这个关系名称我们称之为BindingKey。
到了这一步，生产者可以通过BindingKey（E1Q1）找到目标队列（Q1），将消息存入目标队列中（Q1）。
4、监听消息队列，消费消息
如上图所示，消费者1通过建立信道，提供RoutingKey（E1Q1），即可监听到目标队列（Q1），处理生产者1发送的消息。
RabbitMQ的消息转发类型（Exchange type）
如果把RabbitMQ比作一个传递消息的游戏，那么以上提到角色和名词都是游戏参与者，为了让游戏变得多样有趣（满足不同需求），RabbitMQ还有几个游戏规则，就是我们要说的消息转发类型。
有3种玩法：
1、发布与订阅（Direct exchange）
推荐使用这种，原理是通过消息中的routing key，与binding中的binding-key进行比对，若二者匹配，则将消息发送到这个消息队列或者获取消息。
我们用上面提到的rabbitmq模拟器来示意一下：
2、广播（Fanout exchange）
3、主题（topic exchange）
比如设置BindingKey为*.Q1.*，那么E1.Q1.C1就会匹配上，消息就发送给了消费者1，如下图：
怎样保证RabbitMQ的可靠性
在默认的情况下，重启服务器会导致消息队列丢失，那么怎么保证Rabbit在重启的时候不丢失呢？答案就是消息持久化。
当我们把消息发送到Rabbit服务器的时候，需要选择是否要进行持久化，但这并不能保证Rabbit能从崩溃中恢复，想要Rabbit消息能恢复必须满足3个条件：
- 投递消息的时候durable设置为true，消息持久化，代码：
channel.queueDeclare(x, true, false, false, null)，参数2设置为true持久化；
设置投递模式deliveryMode设置为2（持久），代码：channel.basicPublish(x, x,MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN,x)，参数3设置为存储纯文本到磁盘； - 消息已经到达持久化交换器上；
- 消息已经到达持久化的队列。
持久化工作原理
Rabbit会将我们的持久化消息写入磁盘上的持久化日志文件，等消息被消费之后，Rabbit会把这条消息标识为等待垃圾回收。
持久化的缺点
消息持久化的优点显而易见，但缺点也很明显，那就是性能，因为要写入硬盘要比写入内存性能较低很多，从而降低了服务器的吞吐量，尽管使用SSD硬盘可以使事情得到缓解，但他仍然吸干了Rabbit的性能，当消息成千上万条要写入磁盘的时候，性能是很低的。
所以我们要根据业务场景，选择适合自己的方式。
崩溃处理
再回到上面的流程示例图，图中标有1、2、3数字标示，下面我们来分析一下如果故障发生在1、2、3处，RabbitMQ有什么解决方案？
1、如图数字1处为交换器1，当生产者1把消息传给交换器1时，由于网络原因，发生了丢包怎么处理？
答：如何知道消息有没有正确到达交换器呢？
（1）、通过AMQP提供的事务机制实现
（2）、通过生产者消息确认机制（publisher confirm）实现
2、如图数字2处为队列1，当生产者1把消息已经传到了队列1，服务器断电时，消息丢失了怎么处理？
答：将保存在内存中的数据都写入磁盘，防止服务器重启后数据丢失。
有哪些数据需要持久化保存呢？
元数据、消息需要持久化到磁盘；
磁盘节点：持久化的消息在到达队列时就被写入到磁盘，并且如果可以，持久化的消息也会在内存中保存一份备份，这样可以提高一定的性能，只有在内存吃紧的时候才会从内存中清除；
内存节点：非持久化的消息一般只保存在内存中，在内存吃紧的时候会被换入到磁盘中，以节省内存空间。
3、如图数字3处为信道3，当消费者1把消息从队列1中取出，消息还没来得及处理就宕机丢失了怎么处理？
答：为了避免这种情况发生，我们可以要求消费者在消费完消息后发送一个回执给RabbitMQ，RabbitMQ收到消息回执（Message acknowledgment）后才将该消息从Queue中移除。
如果一个Queue没被任何的Consumer Subscribe（订阅），当有数据到达时，这个数据会被cache，不会被丢弃。当有Consumer时，这个数据会被立即发送到这个Consumer。这个数据被Consumer正确收到时，这个数据就被从Queue中删除。
那么什么是正确收到呢？通过ACK。每个Message都要被acknowledged（确认，ACK）。我们可以显示的在程序中去ACK，也可以自动的ACK。如果有数据没有被ACK，那么RabbitMQ Server会把这个信息发送到下一个Consumer。
消息队列的应用场景有哪些？
1、异步处理
非核心流程异步化，提高系统响应性能
2、应用解耦
系统不是强耦合，消息接受者可以随意增加，而不需要修改消息发送者的代码。消息发送者的成功不依赖消息接受者（比如有些银行接口不稳定，但调用方并不需要依赖这些接口）
不强依赖于非本系统的核心流程，对于非核心流程，可以放到消息队列中让消息消费者去按需消费，而不影响核心主流程
3、最终一致性
最终一致性不是消息队列的必备特性，但确实可以依靠消息队列来做最终一致性的事情。
先写消息再操作，确保操作完成后再修改消息状态。定时任务补偿机制实现消息可靠发送接收、业务操作的可靠执行，要注意消息重复与幂等设计。
所有不保证100%不丢消息的消息队列，理论上无法实现最终一致性。
4、广播
只需要关心消息是否送达了队列，至于谁希望订阅，是下游的事情。
5、流量削峰与流控
当上下游系统处理能力存在差距的时候，利用消息队列做一个通用的“漏斗”。在下游有能力处理的时候，再进行分发。
6、日志处理
将消息队列用在日志处理中，比如Kafka的应用，解决大量日志传输的问题。
7、消息通讯
消息队列一般都内置了高效的通信机制，因此也可以用于单纯的消息通讯，比如实现点对点消息队列或者聊天室等。
个人认为消息队列的主要特点是异步处理，一切不着急马上响应结果的、非阻塞性的业务逻辑，都可以考虑使用消息队列，这样可以减少用户请求的响应时间，提高用户体验，同时也有利于业务模块之间的解耦。
从实际项目出发，整理了如下具体场景：
1、用户注册时：注册完后需要发送注册成功邮件，或发送手机短信，或推荐一些感兴趣的主题或志同道合的人；
2、用户上传存证时：需要生成证书、需要生成PDF文档；
3、用户申购金融产品后：需要发送月报消息；
4、买火车票时：由于并发量太大，按照火车票当天的发行量，设置一个队列长度，队列满则不能再进入修补票队列；
5、双11秒杀商品时：先排队扣库存，再提醒用户付款；
扩展阅读
快递员A需要将一个快递给客户B。
原本：A亲手将快递交给B。
问题：B现在有很多事要做，A只能等着B处理完事情，才能把快递交给他，A就很难受了，送不了几个快递，没法赚钱了。
解决：设置一个快递柜，A把快递放进快递柜，就可以送下一个快递了，B啥时候有空了，去快递柜拿就行了。
总结：快递就是消息，快递柜就是消息队列。快递柜有很多种，菜鸟，丰巢等，RabbitMQ就是其中一种快递柜。
放在程序里举例：
客户提交订单，支付系统——>订单系统，支付系统可能很快就执行完了，但是订单系统要很久才能执行完，每次支付系统都要等待订单系统，服务端速度就会很慢，现在使用RabbitMQ，支付系统支付成功后，发送一个支付成功消息到RabbitMQ，就可以返回前端了，订单系统在获取到消息后，慢慢再执行订单修改的程序。(当然，要考虑到某个系统出了异常怎么办，这个入门先不管，只管正常情况。)
参考：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/37198933
https://www.zhihu.com/question/34243607
https://zhuanlan.zhihu.com/p/63700605
https://www.cnblogs.com/vipstone/p/9275256.html RabbitMQ系列（二）深入了解RabbitMQ工作原理及简单使用
