【原創】訊息佇列的消費語義和投遞語義

孤獨煙發表於2019-06-19
佇列

引言

所謂的消費語義，指的就是如下三種情況

  • 如何保證訊息最多消費一次
  • 如何保證訊息至少消費一次
  • 如何保證訊息恰好消費一次

其實類似還有一個投遞語義

  • 如何保證訊息最多投遞一次
  • 如何保證訊息至少投遞一次
  • 如何保證訊息恰好投遞一次

說句實在話，其實還是老問題，只是換了一種問法！
OK,開始我們的正文

正文

我們先做如下約定

  • Producer代表生產者
  • Consumer代表消費者
  • Message Queue代表訊息佇列

投遞語義

我們先從投遞語義開始講起，因為要先把這個概念講明白了，才能講消費語義。恰巧，kafka實現了這三種語義，我們以kafka來說明。

如何保證訊息最多投遞一次?
簡單，就是我已經投出去了，收沒收到不管了，會存在訊息丟失。
我們在初始化Producer時可以通過配置request.required.acks不同的值,來實現不同的傳送模式。
這裡將request.required.acks設為0，意思就是Producer不等待Leader確認，只管發出即可；最可能丟失訊息。如果丟了訊息，就是投遞0次。如果沒丟，就是投遞1次。符合最多投遞一次的含義。

如何保證訊息至少投遞一次?
這裡將request.required.acks設為-1。Producer往kafka的Leader（主）節點傳送訊息後，會等follower(從)節點同步完資料以後，再給Producer返回ACK確認訊息。
但是這裡是有機率出現重複消費的問題的。
例如，kafka儲存訊息後，傳送ACK前當機，Producer認為訊息未傳送成功並重試，造成資料重複！
那麼，在這種情況下，就會出現大於1次的投遞情況，符合至少投遞一次的含義。

如何保證訊息恰好投遞一次?
kafka在0.11.0.0版本之後支援恰好投遞一次的語義。
我們將enable.idempotence設定為ture,此時就會預設把request.required.acks設為-1，可以達到恰好投遞一次的語義。
如何做到的？
為了實現Producer的冪等語義，Kafka引入了Producer ID（即PID）和Sequence Number。
kafka為每個Producer分配一個pid，作為該Producer的唯一標識。
Producer會為每一個<topic,partition>維護一個單調遞增的seq。
類似的，Message Queue也會為每個<pid,topic,partition>記錄下最新的seq。
當req_seq == message_seq+1時，Message Queue才會接受該訊息。因為：

  • (1)訊息的seq比Message Queue的seq大一以上，說明中間有資料還沒寫入，即亂序了。
  • (2)訊息的seq比Message Queue的seq小，那麼說明該訊息已被儲存。

消費語義

這裡我們還是做一個定義如下所示

  • consumer.poll()表示消費者獲取訊息內容
  • processMsg(message)表示下游系統進行消費訊息
  • consumer.commit()表示消費者往訊息佇列提交確認資訊，訊息佇列接到確認訊息，刪除該訊息。

注意了，我是以processMsg函式，即處理訊息的過程，定義為消費訊息。
如何保證訊息最多消費一次?
Producer:滿足最多投遞一次的語義即可，即只管發訊息，不需要等待訊息佇列返回確認訊息。
Message Queue:接到訊息後往記憶體中一放就行，不用持久化儲存。
Consumer：拉取到訊息以後，直接給訊息佇列返回確認訊息即可。至於後續消費訊息成功與否，無所謂的。即按照以下順序執行

consumer.poll();
consumer.commit();
processMsg(message);

如何保證訊息至少消費一次?
Producer:滿足至少投遞一次語義即可，即傳送訊息後，需要等待訊息佇列返回確認訊息。如果超時沒收到確認訊息，則重發。
Message Queue:接到訊息後，進行持久化儲存，而後返回生產者確認訊息。
Consumer：拉取到訊息後，進行消費，消費成功後，再返回確認訊息。即按照如下順序執行

consumer.poll();
processMsg(message);
consumer.commit();

由於這裡Producer滿足的是至少投遞一次語義，因此訊息佇列中是有重複訊息的。所以我們的Consumer會出現重複消費的情形！

如何保證訊息恰好消費一次?
在保證至少消費一次的基礎上，processMsg滿足冪等性操作即可。
如何保證冪等性操作？
老問題了，比如有狀態的訊息啊。比如唯一表啊。大家搜一搜，一大堆答案，不想重複說了。

總結

本文講的是訊息佇列的消費語義和投遞語義的含義，希望大家有所收穫。

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