RabbitMQ 高可用实现镜像队列

如果 RabbitMQ 集群只有一个 broker 节点,那么该节点的失效将导致整个服务临时性的不可用,并且可能会导致 message 的丢失(尤其是在非持久化 message 存储于非持久化 queue 中的时候)。可以将所有 message 都设置为持久化,并且使用持久化的 queue,但是这样仍然无法避免由于缓存导致的问题:因为 message 在发送之后和被写入磁盘并执行 fsync 之间存在一个虽然短暂但是会产生问题的时间窗。通过 publisher 的 confirm 机制能够确保客户端知道哪些 message 已经存入磁盘,尽管如此,一般不希望遇到因单点故障导致服务不可用。

如果 RabbitMQ 集群是由多个 broker 节点构成的,那么从服务的整体可用性上来讲,该集群对于单点失效是有弹性的,但是同时也需要注意:尽管 exchange 和 binding 能够在单点失效问题上幸免于难,但是 queue 和其上持有的 message 却不行,这是因为 queue 及其内容仅仅存储于单个节点之上,所以一个节点的失效表现为其对应的 queue 不可用。

举例说明,如果一个 RMQ 集群由三个节点组成(RMQ集群节点的模式也是有讲究的,一般三个节点会有一个 RAM,两个 DISK),exchange、bindings 等元数据会在三个节点之间同步,但 queue 上的消息是不会同步的,且不特殊设置的情况下,Queue 只会在一个节点存在。

可能有的同学会提另一个问题,我从三个 RMQ 节点的监控面板,都可以看到这个 Queue?这个是对的,这是由于 Queue 的元数据也是在三个节点之间同步,但 Queue 的实际存储只会在一个节点。我们发送消息到指定 Queue,其实是发送消息到指定节点下的 Queue。如下图所示,消息发送至队列 testQueue,无论发送者通过哪个 RMQ 节点执行发送,其最终的执行都会是在 MQ03 节点执行消息的存储。

说到这儿,可能有的小伙伴就要问了?说好的,RabbitMQ 集群提供高可用性呢?分析一下,RabbitMQ集群搭建完成后,如果不进行任何高可用配置,会有哪些问题呢?

单点故障会导致消息丢失:如果 MQ03 节点故障,那么 MQ03 中的消息就会丢失
无法最大化的利用 RMQ 提升执行效率:既然每次发送到队列 testQueue 的消息都会在 MQ03 节点存储,那么何必搭建集群。

引入 RabbitMQ 的镜像队列机制,将 queue 镜像到 cluster 中其他的节点之上。在该实现下,如果集群中的一个节点失效了,queue 能自动地切换到镜像中的另一个节点以保证服务的可用性。

在通常的用法中,针对每一个镜像队列都包含一个 master 和多个 slave,分别对应于不同的节点。slave 会准确地按照 master 执行命令的顺序进行命令执行,故slave 与 master 上维护的状态应该是相同的。除了 publish 外所有动作都只会向master 发送,然后由 master 将命令执行的结果广播给 slave 们,故看似从镜像队列中的消费操作实际上是在 master 上执行的。

一旦完成了选中的 slave 被提升为 master 的动作,发送到镜像队列的 message 将不会再丢失:publish 到镜像队列的所有消息总是被直接 publish 到 master 和所有的 slave 之上。这样一旦 master 失效了,message 仍然可以继续发送到其他 slave 上。

简单来说,镜像队列机制就是将队列在三个节点之间设置主从关系,消息会在三个节点之间进行自动同步,且如果其中一个节点不可用,并不会导致消息丢失或服务不可用的情况,提升 RMQ 集群的整体高可用性。

先来看下设置镜像队列后的效果: 镜像队列会出现+2标识,

1.如何设置队列为镜像队列

 有两种方式,通过命令行或者通过 RMQ 的控制面板。

  1. 通过命令行设置镜像队列
rabbitmqctl set_policy [-p Vhost] Name Pattern Definition [Priority]

-p Vhost: 可选参数,针对指定 vhost 下的 queue 进行设置
Name: policy 的名称
Pattern: queue 的匹配模式(正则表达式)
Definition:镜像定义,包括三个部分 ha-mode, ha-params, ha-sync-mode
ha-mode: 指明镜像队列的模式,有效值为 all/exactly/nodes
all:表示在集群中所有的节点上进行镜像
exactly:表示在指定个数的节点上进行镜像,节点的个数由 ha-params 指定
nodes:表示在指定的节点上进行镜像,节点名称通过 ha-params 指定
ha-params:ha-mode 模式需要用到的参数
priority:可选参数,policy 的优先级
ha-sync-mode:进行队列中消息的同步方式,有效值为 automatic 和manual

2. 通过监控面板设置镜像队列

请注意一个事实,镜像配置的 pattern 采用的是正则表达式匹配,也就是说会匹配一组。

RabbitMQ集群节点失效,MQ处理策略:

如果某个 slave 失效了,系统处理做些记录外几乎啥都不做:master 依旧是master,客户端不需要采取任何行动,或者被通知 slave 失效。 
如果 master 失效了,那么 slave 中的一个必须被选中为 master。被选中作为新的 master 的 slave 通常是最老的那个,因为最老的 slave 与前任 master 之间的同步状态应该是最好的。然而,特殊情况下,如果存在没有任何一个 slave 与 master 完全同步的情况,那么前任 master 中未被同步的消息将会丢失。

镜像队列消息的同步:

将新节点加入已存在的镜像队列时,默认情况下 ha-sync-mode=manual,镜像队列中的消息不会主动同步到新节点,除非显式调用同步命令。当调用同步命令后,队列开始阻塞,无法对其进行操作,直到同步完毕。当 ha-sync-mode=automatic 时,新加入节点时会默认同步已知的镜像队列。由于同步过程的限制,所以不建议在生产的 active 队列(有生产消费消息)中操作。

rabbitmqctl list_queues name slave_pids synchronised_slave_pids #查看那些slaves已经完成同步
rabbitmqctl sync_queue name #手动的方式同步一个queue
rabbitmqctl cancel_sync_queue name #取消某个queue的同步功能
以上针对消息同步的命令,均可以通过监控界面来进行操作,最终也是通过这些操作命令执行。

说明:镜像队列不是负载均衡,镜像队列无法提升消息的传输效率,或者更进一步说,由于镜像队列会在不同节点之间进行同步,会消耗消息的传输效率。

对exclusive队列设置镜像并不会有任何作用,因为exclusive队列是连接独占的,当连接断开,队列自动删除。所以实际上这两个参数对exclusive队列没有意义。那么有哪些队列是exclusive呢?一般来说,发布订阅队列及设置了该参数的队列都是exclusive 排他性队列。 如何确定一个队列是不是排他性队列呢? 如果队列的features包含Excl,就代表它是排他性队列。


镜像队列中某个节点宕掉的后果:

当slave宕掉了,除了与slave相连的客户端连接全部断开之外,没有其他影响。

当master宕掉时,会有以下连锁反应:

  1. 与master相连的客户端连接全部断开;
  2. 选举最老的slave节点为master。若此时所有slave处于未同步状态,则未同步部分消息丢失;
  3. 新的master节点requeue所有unack消息,在此我向大家推荐一个架构学习交流圈:830478757  帮助突破瓶颈 提升思维能力,因为这个新节点无法区分这些unack消息是否已经到达客户端,亦或是ack消息丢失在老的master的链路上,亦或者是丢在master组播ack消息到所有slave的链路上。所以处于消息可靠性的考虑,requeue所有unack的消息。此时客户端可能有重复消息;
  4. 如果客户端连着slave,并且Basic.Consume消费时指定了x-cancel-on-ha-failover参数,那么客户端会受到一个Consumer Cancellation Notification通知。如果未指定x-cancal-on-ha-failover参数,那么消费者就无法感知master宕机,会一直等待下去。

这就告诉我们,集群中存在镜像队列时,重新master节点有风险。镜像队列中节点启动顺序,非常有讲究:

假设集群中包含两个节点,一般生产环境会部署三个节点,但为了方便说明,采用两个节点的形式进行说明。

场景1:A先停,B后停 
该场景下B是master,只要先启动B,再启动A即可。或者先启动A,再在30s之内启动B即可恢复镜像队列。(如果没有在30s内回复B,那么A自己就停掉自己)

场景2:A,B同时停 
该场景下可能是由掉电等原因造成,只需在30s内联系启动A和B即可恢复镜像队列。

场景3:A先停,B后停,且A无法恢复。 
因为B是master,所以等B起来后,在B节点上调用rabbitmqctl forget_cluster_node A以接触A的cluster关系,再将新的slave节点加入B即可重新恢复镜像队列。

场景4:A先停,B后停,且B无法恢复 
该场景比较难处理,旧版本的RabbitMQ没有有效的解决办法,在现在的版本中,因为B是master,所以直接启动A是不行的,当A无法启动时,也就没版本在A节点上调用rabbitmqctl forget_cluster_node B了,新版本中forget_cluster_node支持-offline参数,offline参数允许rabbitmqctl在离线节点上执行forget_cluster_node命令,迫使RabbitMQ在未启动的slave节点中选择一个作为master。当在A节点执行rabbitmqctl forget_cluster_node -offline B时,RabbitMQ会mock一个节点代表A,执行forget_cluster_node命令将B提出cluster,然后A就能正常启动了。最后将新的slave节点加入A即可重新恢复镜像队列

场景5:A先停,B后停,且A和B均无法恢复,但是能得到A或B的磁盘文件 
这个场景更加难以处理。将A或B的数据库文件($RabbitMQ_HOME/var/lib目录中)copy至新节点C的目录下,再将C的hostname改成A或者B的hostname。如果copy过来的是A节点磁盘文件,按场景4处理,如果拷贝过来的是B节点的磁盘文件,按场景3处理。最后将新的slave节点加入C即可重新恢复镜像队列。

场景6:A先停,B后停,且A和B均无法恢复,且无法得到A和B的磁盘文件 
无解。

启动顺序中有一个30s 的概念,这个是 RMQ 的时间间隔,用于检测master、slave是否可用,因此30s 非常关键。

对于生产环境RMQ集群的重启操作,需要分析具体的操作顺序,不可无序的重启,会有可能带来无法弥补的伤害(数据丢失、节点无法启动)。

简单总结下:镜像队列是用于节点之间同步消息的机制,避免某个节点宕机而导致的服务不可用或消息丢失,且针对排他性队列设置是无效的。另外很重要的一点,镜像队列机制不是负载均衡。


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