消息隊列有著悠久的歷史，它們經(jīng)常用于不同系統(tǒng)之間的通信。圖1通過將其與星巴克的工作方式進行比較，闡述了消息隊列的概念。
在星巴克，收銀員接受訂單并收取款項，然后在咖啡杯上寫下顧客的名字，交給下一個步驟。制作咖啡的人拿起訂單和杯子，然后制作咖啡。然后顧客在柜臺上取走咖啡。這三個步驟是異步進行的。收銀員只是將訂單以咖啡杯的形式放下，并不等待完成。制作咖啡的人只是將完成的咖啡放在柜臺上，并不等待顧客來取。
當您在星巴克下訂單時，收銀員接受訂單并在杯子上寫下您的名字，然后轉(zhuǎn)向下一個顧客。然后咖啡師拿起杯子，準備您的飲品，然后留下供您取走。這個過程之所以美妙，是因為每個步驟都是獨立運作的。這很像一個異步系統(tǒng)。
圖1 星巴克作為消息隊列的類比
這種異步處理，每個步驟都不必等待前一個步驟完成，顯著增加了系統(tǒng)的吞吐量。例如，收銀員不必等待您的飲品制作完成后才接受另一個訂單。
消息隊列的一個示例
現(xiàn)在，讓我們將焦點轉(zhuǎn)向一個真實世界的例子：電子商務中的限時搶購。由于用戶活動激增，限時搶購可能會給系統(tǒng)帶來壓力。為了應對這種需求，采用了許多策略，而消息隊列通常在后端優(yōu)化中發(fā)揮關鍵作用。
一個簡化的電子商務限時搶購架構(gòu)如圖2所示。
- 步驟1和2：顧客向訂單服務下訂單。
- 步驟3：在處理付款之前，訂單服務保留所選的庫存。
- 步驟4：然后訂單服務將支付指令發(fā)送到支付服務。支付服務會扇出到3個服務：支付渠道、通知和分析。
- 步驟5.1和6.1：支付服務將支付指令發(fā)送到支付渠道服務。支付渠道服務與外部PSP（支付服務提供商）進行通信，以完成交易。
- 步驟5.2和6.2：支付服務向通知服務發(fā)送通知，通知服務然后通過電子郵件或短信向顧客發(fā)送通知。
- 步驟5.3：支付服務向分析服務發(fā)送交易詳細信息。
圖2 一個簡化的電子商務限時搶購架構(gòu)
這里的一個關鍵點是，在限時搶購活動中，無縫的用戶體驗至關重要。為了在高流量情況下保持服務的響應能力，可以在多個階段集成消息隊列，以確保性能最佳。
消息隊列的優(yōu)勢扇出
支付服務將數(shù)據(jù)發(fā)送到三個下游服務，用于不同的目的：支付渠道、通知和分析。這種扇出方法就像有人在房間里大聲喊話；誰需要聽到，就聽到了。生產(chǎn)者只需將消息放在隊列中，而消費者可以按照自己的節(jié)奏處理消息。
(1) 異步處理
借用星巴克的類比，就像收銀員不必等待咖啡制作完成一樣，訂單服務也不必等待支付完成。支付指令被放置在隊列中，一旦完成，顧客就會收到通知。
(2) 速率限制
在限時搶購活動中，可能會有數(shù)以萬計的并發(fā)用戶同時下訂單。在滿足渴望購買的顧客和保持系統(tǒng)穩(wěn)定之間取得平衡非常重要。一種常見的方法是在特定的時間范圍內(nèi)限制進入的請求數(shù)量，以匹配系統(tǒng)的容量。多余的請求可能會被拒絕或要求在短時間延遲后重試。這種方法確保系統(tǒng)保持穩(wěn)定，不會被壓垮。對于成功通過的請求，消息隊列確保它們被高效有序地處理。如果系統(tǒng)的某個部分暫時滯后，訂單不會丟失。它會在隊列中保持，直到可以處理為止。這確保了即使在壓力下也能保持流暢的流程。
(3) 解耦
我們的設計在多個地方使用了消息隊列。總體架構(gòu)與圖2中呈現(xiàn)的簡化版本不同。服務之間通過定義良好的消息接口進行交互，而不是緊密依賴彼此。每個服務都可以獨立進行修改和部署。每個組件可以使用不同的編程語言進行開發(fā)。這為架構(gòu)設計帶來了靈活性。
(4) 橫向擴展
由于服務被解耦，我們可以根據(jù)需求獨立地進行擴展。每個服務可以在不同的能力范圍內(nèi)提供服務，因此我們可以根據(jù)其計劃的每秒查詢數(shù)（QPS）或每秒事務數(shù)（TPS）進行擴展。
(5) 消息持久性
消息隊列還可以用作存儲消息的中間件。如果上游服務崩潰，下游服務始終可以從消息隊列中獲取消息進行處理。通過這種方式，恢復功能從每個服務中移出，并成為消息隊列的責任。
(6) 批處理
在處理流程中，有時我們需要對數(shù)據(jù)進行批處理以獲得摘要。例如，當支付服務向分析服務發(fā)送更新時，分析服務不需要執(zhí)行實時更新，而是設置一個滾動窗口以批處理處理。批處理是下游服務的要求，因此支付服務不需要知道它，只需將消息放入隊列中。
(7) 消息排序
在限時搶購中，庫存數(shù)量有限。例如，限時搶購只提供10部iphone，但有超過10,000名下訂單的用戶。我們?nèi)绾螞Q定訂單的順序呢？通過使用消息隊列來保留所有訂單，將會自然形成一個順序：隊列中的前10個訂單將獲得iPhone。
在圖3中，我們將所有內(nèi)容整合在一起，服務通過消息隊列連接并解耦。這樣，架構(gòu)可以實現(xiàn)更高的吞吐量。
圖3 在限時搶購架構(gòu)中使用消息隊列
