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消息队列之消息队列的消费语义和投递语义

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概念

三种语义保证

At most once

消息可能会丢，但是绝对不会重复传递。

At least once

消息绝对不会丢，但是可能重复传递。

Exactly once

每条消息之传输一次仅被传输一次。

消费语义与投递语义

所谓的消费语义，指的就是如下三种情况

  • 如何保证消息最多消费一次
  • 如何保证消息至少消费一次
  • 如何保证消息恰好消费一次

其实类似还有一个投递语义

  • 如何保证消息最多投递一次
  • 如何保证消息至少投递一次
  • 如何保证消息恰好投递一次

投递语义

我们先做如下约定

  • Producer代表生产者
  • Consumer代表消费者
  • Message Queue代表消息队列

我们先从投递语义开始讲起，因为要先把这个概念讲明白了，才能讲消费语义。恰巧，kafka实现了这三种语义，我们以kafka来说明。

如何保证消息最多投递一次?

简单，就是我已经投出去了，收没收到不管了，会存在消息丢失。

我们在初始化Producer时可以通过配置request.required.acks不同的值,来实现不同的发送模式。这里将request.required.acks设为0，意思就是Producer不等待Leader确认，只管发出即可；最可能丢失消息。如果丢了消息，就是投递0次。如果没丢，就是投递1次。符合最多投递一次的含义。

如何保证消息至少投递一次?

这里将request.required.acks设为-1。Producer往kafka的Leader（主）节点发送消息后，会等follower(从)节点同步完数据以后，再给Producer返回ACK确认消息。但是这里是有几率出现重复消费的问题的。

例如，kafka保存消息后，发送ACK前宕机，Producer认为消息未发送成功并重试，造成数据重复！
那么，在这种情况下，就会出现大于1次的投递情况，符合至少投递一次的含义。

如何保证消息恰好投递一次?

kafka在0.11.0.0版本之后支持恰好投递一次的语义。我们将enable.idempotence设置为ture,此时就会默认把request.required.acks设为-1，可以达到恰好投递一次的语义。

为了实现Producer的幂等语义，Kafka引入了Producer ID（即PID）和Sequence Number。kafka为每个Producer分配一个pid，作为该Producer的唯一标识。Producer会为每一个<topic,partition>维护一个单调递增的seq。类似的，Message Queue也会为每个**<pid,topic,partition>记录下最新的seq**。当req_seq == message_seq+1时，Message Queue才会接受该消息。因为：

  • (1)消息的seq比Message Queue的seq大一以上，说明中间有数据还没写入，即乱序了。
  • (2)消息的seq比Message Queue的seq小，那么说明该消息已被保存。

这里参考了 tcp seq number 的设计，用来保证顺序和去重。

这里的幂等性需要客户端的支持，即客户端需要每次都带上自己的自增的 sequence number.

消费语义

这里我们还是做一个定义如下所示

  • consumer.poll()表示消费者获取消息内容
  • processMsg(message)表示下游系统进行消费消息
  • consumer.commit()表示消费者往消息队列提交确认信息，消息队列接到确认消息，删除该消息。

注意了，我是以processMsg函数，即处理消息的过程，定义为消费消息。

如何保证消息最多消费一次?

Producer:满足最多投递一次的语义即可，即只管发消息，不需要等待消息队列返回确认消息。

Message Queue:接到消息后往内存中一放就行，不用持久化存储。

Consumer：拉取到消息以后，直接给消息队列返回确认消息即可。至于后续消费消息成功与否，无所谓的。即按照以下顺序执行

1
2
3
consumer.poll();
consumer.commit();
processMsg(message);

如何保证消息至少消费一次?

Producer:满足至少投递一次语义即可，即发送消息后，需要等待消息队列返回确认消息。如果超时没收到确认消息，则重发。

Message Queue:接到消息后，进行持久化存储，而后返回生产者确认消息。

Consumer：拉取到消息后，进行消费，消费成功后，再返回确认消息。即按照如下顺序执行

1
2
3
consumer.poll();
processMsg(message);
consumer.commit();

由于这里Producer满足的是至少投递一次语义，因此消息队列中是有重复消息的。所以我们的Consumer会出现重复消费的情形！

如何保证消息恰好消费一次?

在保证至少消费一次的基础上，processMsg满足幂等性操作即可。

如何保证函数幂等性

doc: blog/learn/幂等性

参考

【原创】消息队列的消费语义和投递语义

https://zhuanlan.zhihu.com/p/72328153