時念
2024-03-26

how-to-ensure-the-reliable-transmission-of-messages

# 面试题

如何保证消息的可靠性传输？或者说，如何处理消息丢失的问题？

# 面试官心理分析

这个是肯定的，用 MQ 有个基本原则，就是数据不能多一条，也不能少一条，不能多，就是前面说的重复消费和幂等性问题。不能少，就是说这数据别搞丢了。那这个问题你必须得考虑一下。

如果说你这个是用 MQ 来传递非常核心的消息，比如说计费、扣费的一些消息，那必须确保这个 MQ 传递过程中绝对不会把计费消息给弄丢。

# 面试题剖析

数据的丢失问题，可能出现在生产者、MQ、消费者中，咱们从 RabbitMQ 和 Kafka 分别来分析一下吧。

# RabbitMQ

rabbitmq-message-lose

# 生产者弄丢了数据

生产者将数据发送到 RabbitMQ 的时候，可能数据就在半路给搞丢了，因为网络问题啥的，都有可能。

此时可以选择用 RabbitMQ 提供的事务功能，就是生产者发送数据之前开启 RabbitMQ 事务 channel.txSelect() ，然后发送消息，如果消息没有成功被 RabbitMQ 接收到，那么生产者会收到异常报错，此时就可以回滚事务 channel.txRollback() ，然后重试发送消息；如果收到了消息，那么可以提交事务 channel.txCommit() 。

try {
    // 通过工厂创建连接
    connection = factory.newConnection();
    // 获取通道
    channel = connection.createChannel();
    // 开启事务
    channel.txSelect();

    // 这里发送消息
    channel.basicPublish(exchange, routingKey, MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN, msg.getBytes());

    // 模拟出现异常
    int result = 1 / 0;

    // 提交事务
    channel.txCommit();
} catch (IOException | TimeoutException e) {
    // 捕捉异常，回滚事务
    channel.txRollback();
}
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但是问题是，RabbitMQ 事务机制（同步）一搞，基本上吞吐量会下来，因为太耗性能。

所以一般来说，如果你要确保说写 RabbitMQ 的消息别丢，可以开启 confirm 模式，在生产者那里设置开启 confirm 模式之后，你每次写的消息都会分配一个唯一的 id，然后如果写入了 RabbitMQ 中，RabbitMQ 会给你回传一个 ack 消息，告诉你说这个消息 ok 了。如果 RabbitMQ 没能处理这个消息，会回调你的一个 nack 接口，告诉你这个消息接收失败，你可以重试。而且你可以结合这个机制自己在内存里维护每个消息 id 的状态，如果超过一定时间还没接收到这个消息的回调，那么你可以重发。

事务机制和 confirm 机制最大的不同在于，事务机制是同步的，你提交一个事务之后会阻塞在那儿，但是 confirm 机制是异步的，你发送个消息之后就可以发送下一个消息，然后那个消息 RabbitMQ 接收了之后会异步回调你的一个接口通知你这个消息接收到了。

所以一般在生产者这块避免数据丢失，都是用 confirm 机制的。

已经在 transaction 事务模式的 channel 是不能再设置成 confirm 模式的，即这两种模式是不能共存的。

客户端实现生产者 confirm 有 3 种方式：

1.普通 confirm 模式：每发送一条消息后，调用 waitForConfirms() 方法，等待服务器端 confirm，如果服务端返回 false 或者在一段时间内都没返回，客户端可以进行消息重发。

channel.basicPublish(ConfirmConfig.exchangeName, ConfirmConfig.routingKey, MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN, ConfirmConfig.msg_10B.getBytes());
if (!channel.waitForConfirms()) {
    // 消息发送失败
    // ...
}
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2.批量 confirm 模式：每发送一批消息后，调用 waitForConfirms() 方法，等待服务端 confirm。

channel.confirmSelect();
for (int i = 0; i < batchCount; ++i) {
    channel.basicPublish(ConfirmConfig.exchangeName, ConfirmConfig.routingKey, MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN, ConfirmConfig.msg_10B.getBytes());
}
if (!channel.waitForConfirms()) {
    // 消息发送失败
    // ...
}
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3.异步 confirm 模式：提供一个回调方法，服务端 confirm 了一条或者多条消息后客户端会回调这个方法。

SortedSet<Long> confirmSet = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet<Long>());
channel.confirmSelect();
channel.addConfirmListener(new ConfirmListener() {
    public void handleAck(long deliveryTag, boolean multiple) throws IOException {
        if (multiple) {
            confirmSet.headSet(deliveryTag + 1).clear();
        } else {
            confirmSet.remove(deliveryTag);
        }
    }

    public void handleNack(long deliveryTag, boolean multiple) throws IOException {
        System.out.println("Nack, SeqNo: " + deliveryTag + ", multiple: " + multiple);
        if (multiple) {
            confirmSet.headSet(deliveryTag + 1).clear();
        } else {
            confirmSet.remove(deliveryTag);
        }
    }
});

while (true) {
    long nextSeqNo = channel.getNextPublishSeqNo();
    channel.basicPublish(ConfirmConfig.exchangeName, ConfirmConfig.routingKey, MessageProperties.PERSISTENT_TEXT_PLAIN, ConfirmConfig.msg_10B.getBytes());
    confirmSet.add(nextSeqNo);
}
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# RabbitMQ 弄丢了数据

就是 RabbitMQ 自己弄丢了数据，这个你必须开启 RabbitMQ 的持久化，就是消息写入之后会持久化到磁盘，哪怕是 RabbitMQ 自己挂了，恢复之后会自动读取之前存储的数据，一般数据不会丢。除非极其罕见的是，RabbitMQ 还没持久化，自己就挂了，可能导致少量数据丢失，但是这个概率较小。

设置持久化有两个步骤：

  • 创建 queue 的时候将其设置为持久化。这样就可以保证 RabbitMQ 持久化 queue 的元数据，但是它是不会持久化 queue 里的数据的。

  • 第二个是发送消息的时候将消息的 deliveryMode 设置为 2。就是将消息设置为持久化的，此时 RabbitMQ 就会将消息持久化到磁盘上去。

必须要同时设置这两个持久化才行，RabbitMQ 哪怕是挂了，再次重启，也会从磁盘上重启恢复 queue，恢复这个 queue 里的数据。

注意，哪怕是你给 RabbitMQ 开启了持久化机制，也有一种可能，就是这个消息写到了 RabbitMQ 中，但是还没来得及持久化到磁盘上，结果不巧，此时 RabbitMQ 挂了，就会导致内存里的一点点数据丢失。

所以，持久化可以跟生产者那边的 confirm 机制配合起来，只有消息被持久化到磁盘之后，才会通知生产者 ack 了，所以哪怕是在持久化到磁盘之前，RabbitMQ 挂了，数据丢了，生产者收不到 ack ，你也是可以自己重发的。

# 消费端弄丢了数据

RabbitMQ 如果丢失了数据，主要是因为你消费的时候，刚消费到，还没处理，结果进程挂了，比如重启了，那么就尴尬了，RabbitMQ 认为你都消费了，这数据就丢了。

这个时候得用 RabbitMQ 提供的 ack 机制，简单来说，就是你必须关闭 RabbitMQ 的自动 ack ，可以通过一个 api 来调用就行，然后每次你自己代码里确保处理完的时候，再在程序里 ack 一把。这样的话，如果你还没处理完，不就没有 ack 了？那 RabbitMQ 就认为你还没处理完，这个时候 RabbitMQ 会把这个消费分配给别的 consumer 去处理，消息是不会丢的。

为了保证消息从队列中可靠地到达消费者，RabbitMQ 提供了消息确认机制。消费者在声明队列时，可以指定 noAck 参数，当 noAck=false，RabbitMQ 会等待消费者显式发回 ack 信号后，才从内存（和磁盘，如果是持久化消息）中移去消息。否则，一旦消息被消费者消费，RabbitMQ 会在队列中立即删除它。

rabbitmq-message-lose-solution

# Kafka

# 消费端弄丢了数据

唯一可能导致消费者弄丢数据的情况，就是说，你消费到了这个消息，然后消费者那边自动提交了 offset，让 Kafka 以为你已经消费好了这个消息，但其实你才刚准备处理这个消息，你还没处理，你自己就挂了，此时这条消息就丢咯。

这不是跟 RabbitMQ 差不多吗，大家都知道 Kafka 会自动提交 offset，那么只要关闭自动提交 offset，在处理完之后自己手动提交 offset，就可以保证数据不会丢。但是此时确实还是可能会有重复消费，比如你刚处理完，还没提交 offset，结果自己挂了，此时肯定会重复消费一次，自己保证幂等性就好了。

生产环境碰到的一个问题，就是说我们的 Kafka 消费者消费到了数据之后是写到一个内存的 queue 里先缓冲一下，结果有的时候，你刚把消息写入内存 queue，然后消费者会自动提交 offset。然后此时我们重启了系统，就会导致内存 queue 里还没来得及处理的数据就丢失了。

# Kafka 弄丢了数据

这块比较常见的一个场景，就是 Kafka 某个 broker 宕机，然后重新选举 partition 的 leader。大家想想，要是此时其他的 follower 刚好还有些数据没有同步，结果此时 leader 挂了，然后选举某个 follower 成 leader 之后，不就少了一些数据？这就丢了一些数据啊。

生产环境也遇到过，我们也是，之前 Kafka 的 leader 机器宕机了，将 follower 切换为 leader 之后，就会发现说这个数据就丢了。

所以此时一般是要求起码设置如下 4 个参数：

  • 给 topic 设置 replication.factor 参数：这个值必须大于 1，要求每个 partition 必须有至少 2 个副本。
  • 在 Kafka 服务端设置 min.insync.replicas 参数：这个值必须大于 1，这个是要求一个 leader 至少感知到有至少一个 follower 还跟自己保持联系，没掉队，这样才能确保 leader 挂了还有一个 follower 吧。
  • 在 producer 端设置 acks=all ：这个是要求每条数据，必须是写入所有 replica 之后，才能认为是写成功了。
  • 在 producer 端设置 retries=MAX （很大很大很大的一个值，无限次重试的意思）：这个是要求一旦写入失败，就无限重试，卡在这里了。

我们生产环境就是按照上述要求配置的，这样配置之后，至少在 Kafka broker 端就可以保证在 leader 所在 broker 发生故障，进行 leader 切换时，数据不会丢失。

# 生产者会不会弄丢数据？

如果按照上述的思路设置了 acks=all ，一定不会丢，要求是，你的 leader 接收到消息，所有的 follower 都同步到了消息之后，才认为本次写成功了。如果没满足这个条件，生产者会自动不断的重试，重试无限次。

# RocketMQ

# 消息丢失的场景

  1. 生产者发送消息到 MQ 有可能丢失消息
  2. MQ 收到消息后写入硬盘可能丢失消息
  3. 消息写入硬盘后，硬盘坏了丢失消息
  4. 消费者消费 MQ 也可能丢失消息
  5. 整个 MQ 节点挂了丢失消息

# 生产者发送消息时如何保证不丢失？

解决发送时消息丢失的问题可以采用 RocketMQ 自带的事物消息机制

事物消息原理：首先生产者会发送一个half 消息(对原始消息的封装)，该消息对消费者不可见，MQ 通过 ACK 机制返回消息接受状态， 生产者执行本地事务并且返回给 MQ 一个状态(Commit、RollBack 等)，如果是 Commit 的话 MQ 就会把消息给到下游， RollBack 的话就会丢弃该消息，状态如果为 UnKnow 的话会过一段时间回查本地事务状态，默认回查 15 次，一直是 UnKnow 状态的话就会丢弃此消息。

为什么先发一个 half 消息，作用就是先判断下 MQ 有没有问题，服务正不正常。

# MQ 收到消息后写入硬盘如何保证不丢失？

数据存盘绕过缓存，改为同步刷盘，这一步需要修改 Broker 的配置文件，将 flushDiskType 改为 SYNC_FLUSH 同步刷盘策略，默认的是 ASYNC_FLUSH 异步刷盘，一旦同步刷盘返回成功，那么就一定保证消息已经持久化到磁盘中了。

# 消息写入硬盘后，硬盘坏了如何保证不丢失？

为了保证磁盘损坏导致丢失数据，RocketMQ 采用主从机构，集群部署，Leader 中的数据在多个 Follower 中都存有备份，防止单点故障导致数据丢失。

Master 节点挂了怎么办？Master 节点挂了之后 DLedger 登场

  • 接管 MQ 的 commitLog
  • 选举从节点
  • 文件复制 uncommited 状态 多半从节点收到之后改为 commited

# 消费者消费 MQ 如何保证不丢失？

  1. 如果是网络问题导致的消费失败可以进行重试机制，默认每条消息重试 16 次
  2. 多线程异步消费失败，MQ 认为已经消费成功但是实际上对于业务逻辑来说消息是没有落地的，解决方案就是按照 mq 官方推荐的先执行本地事务再返回成功状态。

# 整个 MQ 节点挂了如何保证不丢失？

这种极端情况可以消息发送失败之后先存入本地，例如放到缓存中，另外启动一个线程扫描缓存的消息去重试发送。

编辑
上次更新: 2024/03/26, 9:03:00
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