剖析nsq消息队列(一) 简介及去中心化实现原理-阿里云开发者社区

分布式消息队列nsq，简单易用，去中心化的设计使nsq更健壮，nsq充分利用了go语言的goroutine和channel来实现的消息处理，代码量也不大，读不了多久就没了。后期的文章我会把nsq的源码分析给大家看。
主要的分析路线如下

分析nsq的整体框架结构，分析如何做到的无中心化分布式拓扑结构，如何处理的单点故障。
分析nsq是如何保证消息的可靠性，如何保证消息的处理，对于消息的持久化是如何处理和扩展的。
分析nsq是如何做的消息的负载处理，即如何把合理的、不超过客户端消费能力的情况下，把消息分发到不同的客户端。
分析nsq提供的一些辅助组件。

这篇帖子，介绍nsq的主体结构，以及他是如何做到去中心化的分布式拓扑结构，如何处理的单点故障。
几个组件是需要先大概说一下
nsqd 消息队列的主体，对消息的接收，处理和把消息分发到客户端。
nsqlookupd nsq拓扑结构信息的管理者，有了他才能组成一个简单易用的无中心化的分布式拓扑网络结构。
go-nsq nsq官方的go语言客户端，基本上市面上的主流编程语言都有相应的客户端在这里
还有可视化的组件nsqadmin和一些工具像nsq_to_file、nsq_stat、等等，这些在后期的帖子里会介绍

使用方式

直连方式

nsqd是独立运行的，我们可以直接使用部署几个nsqd然后使用客户端直连的方式使用

例子

目前资源有限，我就都在一台机器上模拟了
启动两个nsqd

./nsqd -tcp-address ":8000"  -http-address ":8001" -data-path=./a

./nsqd -tcp-address ":7000"  -http-address ":7001" -data-path=./b

正常启动会有类似下面的输出

[nsqd] 2019/08/29 18:42:56.928345 INFO: nsqd v1.1.1-alpha (built w/go1.12.7)
[nsqd] 2019/08/29 18:42:56.928512 INFO: ID: 538
[nsqd] 2019/08/29 18:42:56.928856 INFO: NSQ: persisting topic/channel metadata to b/nsqd.dat
[nsqd] 2019/08/29 18:42:56.935797 INFO: TCP: listening on [::]:7000
[nsqd] 2019/08/29 18:42:56.935891 INFO: HTTP: listening on [::]:7001

简单使用

func main() {
    adds := []string{"127.0.0.1:7000", "127.0.0.1:8000"}
    config := nsq.NewConfig()

    topicName := "testTopic1"
    c, _ := nsq.NewConsumer(topicName, "ch1", config)
    testHandler := &MyTestHandler{consumer: c}

    c.AddHandler(testHandler)
    if err := c.ConnectToNSQDs(adds); err != nil {
        panic(err)
    }
    stats := c.Stats()
    if stats.Connections == 0 {
        panic("stats report 0 connections (should be > 0)")
    }
    stop := make(chan os.Signal)
    signal.Notify(stop, os.Interrupt)
    fmt.Println("server is running....")
    <-stop
}

type MyTestHandler struct {
    consumer *nsq.Consumer
}

func (m MyTestHandler) HandleMessage(message *nsq.Message) error {
    fmt.Println(string(message.Body))
    return nil
}

方法 c.ConnectToNSQDs(adds)，连接多个nsqd服务
然后运行多个客户端实现
这时，我们发送一个消息，

curl -d 'hello world 2' 'http://127.0.0.1:7001/pub?topic=testTopic1'

nsqd会根据他的算法，把消息分配到一个客户端
客户端的输入如下

2019/08/30 12:05:32 INF    1 [testTopic1/ch1](127.0.0.1:7000) connecting to nsqd
2019/08/30 12:05:32 INF    1 [testTopic1/ch1](127.0.0.1:8000) connecting to nsqd
server is running....
hello world 2

但是这种做的话，需要客户端做一些额外的工作，需要频繁的去检查所有nsqd的状态，如果发现出现问题需要客户端主动去处理这些问题。

总结

我使用的客户端库是官方库 go-nsq，使用直接连nsqd的方式，

如果有nsqd出现问题，现在的处理方式，他会每隔一段时间执行一次重连操作。想去掉这个连接信息就要额外做一些处理了。
如果对nsqd进行横向扩充，只能是自己民额外的写一些代码调用ConnectToNSQDs或者ConnectToNSQD方法

去中心化连接方式 nsqlookupd

官方推荐使用连接nsqlookupd的方式，nsqlookupd用于做服务的注册和发现，这样可以做到去中心化。

图中我们运行着多个nsqd和多个nsqlookupd的实例，客户端去连接nsqlookupd来操作nsqd

例子

我们要先启动nsqlookupd，为了演示方便，我启动两个nsqlookupd实例, 三个nsqd实例

./nsqlookupd -tcp-address ":8200" -http-address ":8201"

./nsqlookupd -tcp-address ":7200" -http-address ":7201"

为了演示横向扩充，先启动两个，客户端连接后，再启动第三个。

./nsqd -tcp-address ":8000"  -http-address ":8001" --lookupd-tcp-address=127.0.0.1:8200 --lookupd-tcp-address=127.0.0.1:7200 -data-path=./a

./nsqd -tcp-address ":7000"  -http-address ":7001" --lookupd-tcp-address=127.0.0.1:8200 --lookupd-tcp-address=127.0.0.1:7200  -data-path=./b

--lookupd-tcp-address 用于指定lookup的连接地址

客户端简单代码

package main

import (
    "fmt"
    "os"
    "os/signal"
    "time"

    "github.com/nsqio/go-nsq"
)

func main() {
    adds := []string{"127.0.0.1:7201", "127.0.0.1:8201"}
    config := nsq.NewConfig()
    config.MaxInFlight = 1000
    config.MaxBackoffDuration = 5 * time.Second
    config.DialTimeout = 10 * time.Second

    topicName := "testTopic1"
    c, _ := nsq.NewConsumer(topicName, "ch1", config)
    testHandler := &MyTestHandler{consumer: c}

    c.AddHandler(testHandler)
    if err := c.ConnectToNSQLookupds(adds); err != nil {
        panic(err)
    }
    stats := c.Stats()
    if stats.Connections == 0 {
        panic("stats report 0 connections (should be > 0)")
    }
    stop := make(chan os.Signal)
    signal.Notify(stop, os.Interrupt)
    fmt.Println("server is running....")
    <-stop
}

type MyTestHandler struct {
    consumer *nsq.Consumer
}

func (m MyTestHandler) HandleMessage(message *nsq.Message) error {
    fmt.Println(string(message.Body))
    return nil
}

方法ConnectToNSQLookupds就是用于连接nsqlookupd的，但是需要注意的是，连接的是http端口7201和8201，库go-nsq 是通过请求其中一个nsqlookupd的 http 方法http://127.0.0.1:7201/lookup?topic=testTopic1 来得到所有提供topic=testTopic1的nsqd 列表信息，然后对所有的nsqd进行连接，

2019/08/30 13:47:26 INF    1 [testTopic1/ch1] querying nsqlookupd http://127.0.0.1:7201/lookup?topic=testTopic1
2019/08/30 13:47:26 INF    1 [testTopic1/ch1](li-peng-mc-macbook.local:7000) connecting to nsqd
2019/08/30 13:47:26 INF    1 [testTopic1/ch1](li-peng-mc-macbook.local:8000) connecting to nsqd

目前我们已经连接了两个。
我们演示一下橫向扩充,启动第三个nsqd

./nsqd -tcp-address ":6000"  -http-address ":6001" --lookupd-tcp-address=127.0.0.1:8200 --lookupd-tcp-address=127.0.0.1:7200  -data-path=./c

这里会有一个问题，当我启动了一个亲的nsqd但是他的topic是空的，我们需指定这新的nsqd处理哪些topic。
我们可以用nsqadmin查看所有的topic

./nsqadmin  --lookupd-http-address=127.0.0.1:8201 --lookupd-http-address=127.0.0.1:7201

然后去你的nsqd上去建topic

curl -X POST 'http://127.0.0.1:6001/topic/create?topic=testTopic1'

当然也可以自己写一些自动化的角本
查看客户端的日志输出

2019/08/30 14:56:01 INF    1 [testTopic1/ch1] querying nsqlookupd http://127.0.0.1:7201/lookup?topic=testTopic1
2019/08/30 14:56:01 INF    1 [testTopic1/ch1](li-peng-mc-macbook.local:6000) connecting to nsqd

已经连上我们的新nsqd了

我手动关闭一个nsqd实例
客户端的日志输出已经断开了连接

2019/08/30 15:04:20 ERR    1 [testTopic1/ch1](li-peng-mc-macbook.local:8000) IO error - EOF
2019/08/30 15:04:20 INF    1 [testTopic1/ch1](li-peng-mc-macbook.local:8000) beginning close
2019/08/30 15:04:20 INF    1 [testTopic1/ch1](li-peng-mc-macbook.local:8000) readLoop exiting
2019/08/30 15:04:20 INF    1 [testTopic1/ch1](li-peng-mc-macbook.local:8000) breaking out of writeLoop
2019/08/30 15:04:20 INF    1 [testTopic1/ch1](li-peng-mc-macbook.local:8000) writeLoop exiting
2019/08/30 15:04:20 INF    1 [testTopic1/ch1](li-peng-mc-macbook.local:8000) finished draining, cleanup exiting
2019/08/30 15:04:20 INF    1 [testTopic1/ch1](li-peng-mc-macbook.local:8000) clean close complete
2019/08/30 15:04:20 WRN    1 [testTopic1/ch1] there are 2 connections left alive

并且nsqd和nsqlookupd也断开了连接，客户端再次从nsqlookupd取所有的nsqd的地址时得到的总是可用的地址。

去中心化实现原理

nsqlookupd用于管理整个网络拓扑结构，nsqd用他实现服务的注册，客户端使用他得到所有的nsqd服务节点信息，然后所有的consumer端连接
实现原理如下，

nsqd把自己的服务信息广播给一个或者多个nsqlookupd
客户端连接一个或者多个nsqlookupd，通过nsqlookupd得到所有的nsqd的连接信息，进行连接消费，
如果某个nsqd出现问题，down机了，会和nsqlookupd断开，这样客户端从nsqlookupd得到的nsqd的列表永远是可用的。客户端连接的是所有的nsqd，一个出问题了就用其他的连接，所以也不会受影响。