RabbitMQ高可用--镜像队列的原理

简介

说明

        本文介绍RabbitMQ的镜像队列的原理。镜像队列可以保证RabbitMQ的高可用，防止消息丢失。

什么是镜像队列

        镜像队列（Mirror Queue)：将队列复制到集群的其他Broker节点上，publish到镜像队列的所有消息也被publish到master和所有的slave。如果集群中的一个节点失效了，队列能自动地切换到镜像中的另一个节点上以保证服务的可用性。

队列的复制

        镜像队列会将队列复制到集群的其他Broker节点上。

消息的复制

        生产者publish到镜像队列的所有消息也被publish到master和所有的slave。

某个节点宕掉后的流程

从节点宕机

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。

主节点宕机

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（因为最老的slave与前任master之间的同步状态应该是最好的）。若此时所有slave处于未完全同步状态，则未同步部分消息丢失；
3. 新的master节点requeue所有unack消息，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，重新选举master节点有风险。

节点启动顺序

        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内连续启动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MQ 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MQ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)。

使用时的注意

镜像队列不能用于负载均衡

        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队列设置镜像无作用

        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。

镜像队列的设计缺陷

镜像队列最大的问题是其同步算法造成的低性能。镜像队列有如下几个设计缺陷

设计缺陷 1：broker 重新上线

       当 broker 离线并再次恢复时，它在镜像中的任何数据都将被丢弃（镜像已恢复在线，但为空），管理员需要做出决定：是否同步镜像。“同步”意味着将当前消息从 leader 复制到镜像。

（默认情况下是手动同步，当然也可以设置为自动同步）。

设计缺陷 2：同步阻塞

        如果要同步消息，会阻塞整个队列，让这个队列不可用。当队列比较短的时候这通常不是什么问题，但当队列很长或者消息总大小很大的时候，同步将会需要很长时间。不仅如此，同步会导致集群中与内存相关的问题，有时甚至会导致同步卡住，需要重新启动。

        默认情况下，所有镜像队列都会自动同步，但也有用户不同步镜像。这样，所有新消息都将被复制，老消息都不会被复制，这将减少冗余，会使消息丢失的概率加大。

        这个问题也引发滚动升级的问题，因为重新启动的 broker 将丢弃其所有数据，并需要同步来恢复全部数据冗余。