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RabbitMQ 教程 - 工作队列

工作队列​

(使用 BunnySwift)​

信息

先决条件​

本教程假设 RabbitMQ 已 安装 并在 localhost 上的 标准端口 (5672) 上运行。如果您使用不同的主机、端口或凭据，则需要调整连接设置。

哪里寻求帮助​

如果您在学习本教程时遇到困难，可以通过 GitHub Discussions 或 RabbitMQ 社区 Discord 联系我们。

在第一个教程中，我们编写了从命名队列发送和接收消息的程序。在这一篇中，我们将创建一个“工作队列”（Work Queue），用于在多个工作者（workers）之间分配耗时的任务。

工作队列（又称：任务队列）背后的主要思想是避免立即执行一个资源密集型任务并等待其完成。相反，我们安排任务稍后执行。我们将一个任务封装成一条消息并将其发送到队列。一个在后台运行的工作进程会接收任务并最终执行工作。当您运行多个工作进程时，任务将在它们之间共享。

这个概念对于 Web 应用程序尤其有用，在这些应用程序中，不可能在短暂的 HTTP 请求窗口内处理一个复杂的任务。

准备工作​

在本教程的上一部分中，我们发送了一条包含“Hello World!”的消息。现在，我们将发送代表复杂任务的字符串。由于我们没有像图像缩放或 PDF 渲染这样的实际任务，所以我们通过使用 Task.sleep 来模拟任务繁忙的情况。我们将字符串中的点号（dots）数量视为任务的复杂度；每一个点号代表一秒钟的“工作量”。例如，由 Hello... 描述的任务将耗时三秒。

我们将稍微修改前一个示例中的“发送”（Send）程序，以允许从命令行发送任意字符串。该程序会将任务调度到我们的工作队列中，因此我们将其命名为 NewTask。

import BunnySwift
import Foundation

@main
struct NewTask {
    static func main() async throws {
        let connection = try await Connection.open()
        let channel = try await connection.openChannel()
        let queue = try await channel.queue("task_queue", type: .quorum, durable: true)

        let args = CommandLine.arguments.dropFirst()
        let message = args.isEmpty ? "Hello World!" : args.joined(separator: " ")

        try await channel.basicPublish(
            body: Data(message.utf8),
            routingKey: queue.name,
            properties: .persistent
        )
        print(" [x] Sent '\(message)'")

        try await connection.close()
    }
}

我们之前的“接收”（Receive）程序也需要进行一些更改：它需要模拟消息体中每个点号对应一秒的工作时间。它将从队列中获取消息并执行任务，因此我们将其命名为 Worker。

import BunnySwift

@main
struct Worker {
    static func main() async throws {
        let connection = try await Connection.open()
        let channel = try await connection.openChannel()
        let queue = try await channel.queue("task_queue", type: .quorum, durable: true)

        try await channel.basicQos(prefetchCount: 1)
        print(" [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C")

        let stream = try await channel.basicConsume(queue: queue.name)
        for try await message in stream {
            let body = message.bodyString ?? ""
            print(" [x] Received '\(body)'")

            // Simulate work: count the dots in the message
            let dots = body.filter { $0 == "." }.count
            try await Task.sleep(for: .seconds(dots))

            print(" [x] Done")
            try await message.ack()
        }
    }
}

请注意，我们的模拟任务使用了 Task.sleep 来模拟执行时间。

轮询分发​

使用任务队列的一个优点是能够轻松地并行化工作。如果我们正在积累工作积压，我们可以添加更多的工作进程，从而轻松扩展。

首先，让我们尝试同时运行两个 Worker 实例。它们都将从队列中获取消息，但具体是如何分配的呢？让我们来看看。

你需要打开三个控制台。其中两个将运行 Worker 程序。这两个控制台将作为我们的两个消费者——C1 和 C2。

# shell 1
swift run Worker
# => [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C
# shell 2
swift run Worker
# => [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C

在第三个中，我们将发布新任务。一旦您启动了消费者，您就可以发布几条消息

# shell 3
swift run NewTask "First message."
swift run NewTask "Second message.."
swift run NewTask "Third message..."
swift run NewTask "Fourth message...."
swift run NewTask "Fifth message....."

让我们看看分发给我们的工作进程的内容

# shell 1
# => [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C
# => [x] Received 'First message.'
# => [x] Done
# => [x] Received 'Third message...'
# => [x] Done
# => [x] Received 'Fifth message.....'
# => [x] Done
# shell 2
# => [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C
# => [x] Received 'Second message..'
# => [x] Done
# => [x] Received 'Fourth message....'
# => [x] Done

默认情况下，RabbitMQ 会按顺序将每条消息发送给下一个消费者。平均而言，每个消费者将获得相同数量的消息。这种分发消息的方式称为轮询。尝试使用三个或更多工作进程进行此操作。

消息确认​

完成一项任务可能需要几秒钟，您可能会想，如果一个消费者开始一项长时间任务然后终止了怎么办？使用我们当前的代码，一旦 RabbitMQ 将消息传递给消费者，它会立即将其标记为删除。在这种情况下，如果您终止一个工作者，它正在处理的消息就会丢失。分派给该特定工作者但尚未处理的消息也会丢失。

但是我们不想丢失任何任务。如果一个工作进程死亡，我们希望将任务分发给另一个工作进程。

为了确保消息永远不会丢失，RabbitMQ 支持消息确认。ack（确认）由消费者发送回来，告知 RabbitMQ 特定消息已收到、已处理，并且 RabbitMQ 可以删除它。

如果消费者死亡（其通道关闭、连接关闭或 TCP 连接丢失）而未发送 ack，RabbitMQ 将理解消息未完全处理，并会将其重新排队。如果当时有其他消费者在线，它将迅速将其重新分发给另一个消费者。这样，您可以确信没有消息会丢失，即使工作进程偶尔会死亡。

强制执行消费者交付确认的超时（默认为 30 分钟）。这有助于检测从未确认交付的错误（卡住）的消费者。您可以按照交付确认超时中的说明增加此超时。

在 BunnySwift 中，手动消息确认是默认行为。在我们的 Worker 中，我们在处理消息后显式地确认它们。

let consumer = try await channel.basicConsume(queue: queue.name)
for try await message in consumer {
    let body = message.bodyString ?? ""
    print(" [x] Received '\(body)'")

    // Simulate work: count the dots in the message
    let dots = body.filter { $0 == "." }.count
    try await Task.sleep(for: .seconds(dots))

    print(" [x] Done")
    try await message.ack()
}

使用此代码，我们可以确保即使某个 worker 在处理消息时意外死亡，也不会丢失任何内容。在 worker 死亡后不久，所有未确认的消息都会被重新投递。

确认必须在接收到交付的同一通道上发送。尝试使用不同通道进行确认将导致通道级协议异常。请参阅确认文档指南以了解更多信息。

遗忘的确认​

忘记 ack 是一个常见的错误。这是一个简单的错误，但后果严重。当您的客户端退出时，消息将被重新传递（这看起来可能像是随机的重新传递），但 RabbitMQ 将消耗越来越多的内存，因为它无法释放任何未确认的消息。

为了调试此类错误，您可以使用 rabbitmqctl 打印 messages_unacknowledged 字段

sudo rabbitmqctl list_queues name messages_ready messages_unacknowledged

在 Windows 上，删除 sudo

rabbitmqctl.bat list_queues name messages_ready messages_unacknowledged

消息持久性​

我们已经学习了如何确保即使工作进程死亡，任务也不会丢失。但是，如果 RabbitMQ 服务器停止，我们的任务仍然会丢失。

当 RabbitMQ 退出或崩溃时，它会忘记队列和消息，除非您告诉它不要这样做。需要两件事来确保消息不会丢失：我们需要将队列和消息都标记为持久。

首先，我们需要确保队列能够承受 RabbitMQ 节点重启。为此，我们需要将其声明为持久

let queue = try await channel.queue("task_queue", type: .quorum, durable: true)

虽然此命令本身是正确的，但它在我们当前的设置中不起作用。这是因为我们已经定义了一个名为 hello 的队列，该队列不是持久的。RabbitMQ 不允许您使用不同的参数重新定义现有队列，并且会向尝试这样做的任何程序返回错误。但是有一个快速的解决方法——让我们声明一个不同的队列名称，例如 task_queue。

let queue = try await channel.queue("task_queue", type: .quorum, durable: true)

这个 durable: true 选项需要同时应用于生产者和消费者的代码中。

此时，我们确信即使 RabbitMQ 重启，task_queue 队列也不会丢失。现在我们需要将我们的消息标记为持久化。

  • 通过使用 .persistent 属性
try await channel.basicPublish(
    body: Data(message.utf8),
    routingKey: queue.name,
    properties: .persistent
)

关于消息持久化的注意事项​

将消息标记为持久并不能完全保证消息不会丢失。尽管它告诉 RabbitMQ 将消息保存到磁盘，但在 RabbitMQ 接受消息但尚未保存的短时间窗口内仍然存在风险。此外，RabbitMQ 不会为每条消息执行 fsync(2) ——它可能只保存在缓存中而未真正写入磁盘。持久性保证不强，但对于我们简单的任务队列来说已绰绰有余。如果您需要更强的保证，可以使用发布者确认。

公平分派​

您可能已经注意到调度仍然不能完全按我们想要的方式工作。例如，在有两个工作进程的情况下，当所有奇数消息都很重而偶数消息都很轻时，一个工作进程将持续忙碌，而另一个工作进程几乎不做任何工作。好吧，RabbitMQ 对此一无所知，它仍然会均匀地分发消息。

这是因为 RabbitMQ 在消息进入队列时就会分发消息。它不会查看消费者未确认消息的数量。它只是盲目地将第 n 条消息分发给第 n 个消费者。

为了解决这个问题，我们可以使用预取计数（prefetch count）为 1 的 basicQos 方法。这告诉 RabbitMQ 不要一次给一个 worker 多于一条的消息。换句话说，在 worker 处理并确认上一条消息之前，不要向其分发新消息。相反，它会将其分发给下一个尚未处于繁忙状态的 worker。

try await channel.basicQos(prefetchCount: 1)

关于队列大小的说明​

如果所有工作进程都忙碌，您的队列可能会填满。您需要密切关注这一点，并可能添加更多工作进程，或采取其他策略。

总而言之​

NewTask 的最终代码

import BunnySwift
import Foundation

@main
struct NewTask {
    static func main() async throws {
        let connection = try await Connection.open()
        let channel = try await connection.openChannel()
        let queue = try await channel.queue("task_queue", type: .quorum, durable: true)

        let args = CommandLine.arguments.dropFirst()
        let message = args.isEmpty ? "Hello World!" : args.joined(separator: " ")

        try await channel.basicPublish(
            body: Data(message.utf8),
            routingKey: queue.name,
            properties: .persistent
        )
        print(" [x] Sent '\(message)'")

        try await connection.close()
    }
}

(NewTask 源码)

以及我们的 Worker

import BunnySwift

@main
struct Worker {
    static func main() async throws {
        let connection = try await Connection.open()
        let channel = try await connection.openChannel()
        let queue = try await channel.queue("task_queue", type: .quorum, durable: true)

        try await channel.basicQos(prefetchCount: 1)
        print(" [*] Waiting for messages. To exit press CTRL+C")

        let stream = try await channel.basicConsume(queue: queue.name)
        for try await message in stream {
            let body = message.bodyString ?? ""
            print(" [x] Received '\(body)'")

            // Simulate work: count the dots in the message
            let dots = body.filter { $0 == "." }.count
            try await Task.sleep(for: .seconds(dots))

            print(" [x] Done")
            try await message.ack()
        }
    }
}

(Worker 源码)

通过使用消息确认和预取（prefetch），你可以建立一个工作队列。持久化选项让任务即使在 RabbitMQ 重启后也能保留下来。

现在我们可以继续学习教程 3，了解如何将同一条消息发送给多个消费者。

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