消息中间件—RabbitMQ（集群原理与搭建篇)-1

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摘要：实际生产应用中都会采用消息队列的集群方案，如果选择RabbitMQ那么有必要了解下它的集群方案原理
一般来说，如果只是为了学习RabbitMQ或者验证业务工程的正确性那么在本地环境或者测试环境上使用其单实例部署就可以了，但是出于MQ中间件本身的可靠性、并发性、吞吐量和消息堆积能力等问题的考虑，在生产环境上一般都会考虑使用RabbitMQ的集群方案。
对于RabbitMQ这么成熟的消息队列产品来说，搭建它并不难并且也有不少童鞋写过如何搭建RabbitMQ消息队列集群的博文，但可能仍然有童鞋并不了解其背后的原理，这会导致其遇到性能问题时无法对集群进行进一步的调优。本篇主要介绍RabbitMQ集群方案的原理，如何搭建具备负载均衡能力的中小规模RabbitMQ集群，并最后给出生产环境构建一个能够具备高可用、高可靠和高吞吐量的中小规模RabbitMQ集群设计方案。
一、RabbitMQ集群方案的原理

RabbitMQ这款消息队列中间件产品本身是基于Erlang编写，Erlang语言天生具备分布式特性（通过同步Erlang集群各节点的magic cookie来实现）。因此，RabbitMQ天然支持Clustering。这使得RabbitMQ本身不需要像ActiveMQ、Kafka那样通过ZooKeeper分别来实现HA方案和保存集群的元数据。集群是保证可靠性的一种方式，同时可以通过水平扩展以达到增加消息吞吐量能力的目的。 下面先来看下RabbitMQ集群的整体方案：
上面图中采用三个节点组成了一个RabbitMQ的集群，Exchange A（交换器，对于RabbitMQ基础概念不太明白的童鞋可以看下基础概念）的元数据信息在所有节点上是一致的，而Queue（存放消息的队列）的完整数据则只会存在于它所创建的那个节点上。，其他节点只知道这个queue的metadata信息和一个指向queue的owner node的指针。

（1）RabbitMQ集群元数据的同步

RabbitMQ集群会始终同步四种类型的内部元数据（类似索引）：
a.队列元数据：队列名称和它的属性；
b.交换器元数据：交换器名称、类型和属性；
c.绑定元数据：一张简单的表格展示了如何将消息路由到队列；
d.vhost元数据：为vhost内的队列、交换器和绑定提供命名空间和安全属性；
因此，当用户访问其中任何一个RabbitMQ节点时，通过rabbitmqctl查询到的queue／user／exchange/vhost等信息都是相同的。
（2）为何RabbitMQ集群仅采用元数据同步的方式

我想肯定有不少同学会问，想要实现HA方案，那将RabbitMQ集群中的所有Queue的完整数据在所有节点上都保存一份不就可以了么？（可以类似MySQL的主主模式嘛）这样子，任何一个节点出现故障或者宕机不可用时，那么使用者的客户端只要能连接至其他节点能够照常完成消息的发布和订阅嘛。
我想RabbitMQ的作者这么设计主要还是基于集群本身的性能和存储空间上来考虑。第一，存储空间，如果每个集群节点都拥有所有Queue的完全数据拷贝，那么每个节点的存储空间会非常大，集群的消息积压能力会非常弱（无法通过集群节点的扩容提高消息积压能力）；第二，性能，消息的发布者需要将消息复制到每一个集群节点，对于持久化消息，网络和磁盘同步复制的开销都会明显增加。
（3）RabbitMQ集群发送/订阅消息的基本原理

RabbitMQ集群的工作原理图如下：

RabbitMQ集群工作原理.jpg
场景1、客户端直接连接队列所在节点

如果有一个消息生产者或者消息消费者通过amqp-client的客户端连接至节点1进行消息的发布或者订阅，那么此时的集群中的消息收发只与节点1相关，这个没有任何问题；如果客户端相连的是节点2或者节点3（队列1数据不在该节点上），那么情况又会是怎么样呢？
场景2、客户端连接的是非队列数据所在节点

如果消息生产者所连接的是节点2或者节点3，此时队列1的完整数据不在该两个节点上，那么在发送消息过程中这两个节点主要起了一个路由转发作用，根据这两个节点上的元数据（也就是上文提到的：指向queue的owner node的指针）转发至节点1上，最终发送的消息还是会存储至节点1的队列1上。
同样，如果消息消费者所连接的节点2或者节点3，那这两个节点也会作为路由节点起到转发作用，将会从节点1的队列1中拉取消息进行消费。